组件型熔盐堆的设计与研究

发布时间：2020-03-09 18:49

【摘要】：熔盐堆是四代堆六种候选堆型之一,具有良好的经济性和固有安全性。固态燃料熔盐堆是一种基于熔盐冷却剂的新型堆型,已有的概念设计包括美国LANL的先进高温堆(advanced high-temperature reactor,AHTR)、UC伯克利的球床先进高温堆(Pebble Bed Advanced High Temperature Reactor,PB-AHTR)和中国科学院上海应用物理研究所战略先导专项支持的钍基熔盐堆(TMSR)。本论文在上述三种设计的基础上提出了一种基于燃料组件的熔盐堆概念,它结合了组件燃料、熔盐冷却剂及TRISO包覆颗粒燃料的优点,能够在较高的温度下运行,具有良好的中子经济性和安全性。组件的引入使得我们可以借助现有的水堆的燃料换料方案,技术简单成熟且易于达到较深的燃耗。本论文首先给出了组件型熔盐堆的燃料组件设计,详细研究了组件容器材料种类、密度、组件壁厚度、燃料球中TRISO包覆颗粒填充率以及FLiBe熔盐中~7Li富集度对无限介质增殖因子k_(inf)、冷却剂温度反应性系数(Temperature Reactivity Coefficient,TRC)、排空反应性(Void Reactivity,VR)的影响。研究结果表明,碳材料组件在反应堆中的表现明显优于碳化硅材料组件,增大TRISO填充率packing factor(PF)和~7Li富集度可以提高堆芯的中子经济性和安全性。在组件设计的基础上,本论文分别从中子经济性和安全性两个方面分析了组件型熔盐堆的中子可行性,通过使用MCNP计算堆芯的keff等中子物理参数,使用MCNPX计算堆芯的燃耗情况,研究了组件壁厚度和TRISO颗粒填充率对燃耗深度及温度反应性系数的影响。研究结果表明:只有当填充率大于5%-35%(取决于组件壁厚度的大小)时,才能保证冷却剂温度反应性系数CTRC、冷却剂空泡系数CVRC和完全空泡系数FVRC为负值。根据上述可行性分析的结果,选择了一组组件参数,详细计算了堆芯核设计要求的部分中子物理参数,其中包括中子能谱、中子通量分布、燃耗分析、功率分布及反应系数等。最后本论文参考水堆的燃料管理策略,设计了适用于本组件型熔盐堆的四种换料方案,并从中子经济性和安全性的角度讨论了四种换料方案的优劣。研究结果表明,内-外换料方案具有最高的燃耗及寿期,最差的中子通量及功率分布,最低的中子泄漏率;外-内换料方案具有最平均的中子通量,最低的燃耗及寿期,最高的中子泄漏率;外-内分区交替换料方案具有略优于外-内换料方案的燃耗、寿期及中子泄漏率,同时缩短了换料时间;低泄漏换料方案具第二高的燃耗深度、寿期,而其中子通量和功率分布仅次于最平均的外-内换料方案。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL426

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本文编号：2585885