氯盐快堆优化设计及Th-U循环性能研究
发布时间：2022-08-01 15:02
作为六种第四代先进核反应堆候选堆型中唯一的液态堆,熔盐堆可在线连续添换料,其堆芯可以较小的剩余反应性运行,在安全性、经济性、燃料利用率以及防核扩散等方面均具有显著优势,是实现钍铀燃料循环的理想堆型。氯盐快堆作为熔盐快堆的一种,其重金属溶解度高、结构简单、中子经济性好、能谱硬,具有优异的燃料增殖与嬗变能力,在实现闭式Th-U燃料循环,解决当前核能发展面临的燃料利用率低、次锕系核素积累量大等挑战上具有较大的潜力。但实现氯盐快堆闭式钍铀循环方案的大规模部署同样面临很多挑战,首先要解决的是现实钍铀循环所需的燃料233U来源缺少的难题,氯盐快堆由于能谱更硬,易裂变核素的裂变截面更小,因此,达到临界需要更多的初始易裂变核素装载量,这进一步加剧了233U的来源缺乏问题。本课题从氯盐快堆平衡态的增殖特性优化入手,采用混合智能算法在固定总功率条件下对平衡态的平衡增殖性能进行了优化,然后基于优化后的堆芯模型,利用目前可获得的点火燃料（富集铀和从压水堆乏燃料中分离得到的钚以及超铀）,在边增殖边燃烧（Breeding and Burning,B＆B）与预增殖（Pre...
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 可持续能源供应与核电发展
1.2 熔盐堆发展历程与研究现状
1.2.1 氟盐堆研究历史与现状
1.2.2 氟盐与氯盐性能对比
1.2.3 氯盐堆发展历史及研究现状
1.3 钍铀燃料循环
1.3.1 钍铀循环的优势
1.3.2 钍资源利用历史与现状
1.3.3 钍铀循环面临的挑战
1.4 本文研究内容及目标
第2章 熔盐堆燃耗计算方法
2.1 TMCBurnup与 MESA程序介绍
2.1.1 TMCBurnup程序介绍
2.1.2 MESA程序介绍
2.2 内部模块介绍
2.2.1 SCALE6.1模块介绍
2.2.2 MODEC计算方法
2.3 TMCBurnup程序与MESA程序验证
2.3.1 MSFR模型介绍
2.3.2 TMCBurnup程序验证
2.3.3 MESA平衡态快速搜索程序验证
2.4 本章小结
第3章 氯盐快堆初步设计方案研究
3.1 MCFR几何结构模型
3.2 氯盐快堆载体盐的选择
3.2.1 单盐性能对比
3.2.2 备选载体盐性能分析
3.3 ~(37)Cl富集度分析及选择
3.3.1 初始临界下~(37)Cl丰度影响
3.3.2 ~(37)Cl富集度在燃耗过程中的影响
3.4 后处理模式选择
3.5 本章小结
第4章 氯盐快堆平衡态增殖性能优化
4.1 优化参量的选择
4.1.1 堆芯几何对增殖性能的影响
4.1.2 堆芯功率密度对增殖性能的影响
4.1.3 后处理速率对增殖性能的影响
4.2 混合自适应遗传退火算法开发
4.2.1 遗传算法介绍
4.2.2 传统的模拟退火算法
4.2.3 混合自适应遗传退火算法(HAGASA)
4.3 HAGASA算法性能测试
4.3.1 在连续纯数值函数中的验证
4.3.2 在AHTR堆芯功率展平上的验证
4.3.3 在WWER-1000反应堆换料验证
4.3.4 HAGASA测试结果总结
4.4 氯盐快堆平衡态增殖性能优化
4.4.1 熔盐堆平衡态优化程序介绍
4.4.2 目标函数确定
4.4.3 氯盐快堆平衡态性能优化
4.5 本章小结
第5章 B&B过渡模式下氯盐快堆Th-U循环中子学性能研究
5.1 B&B过渡模式下IMCFR的 Th-U循环性能分析
5.1.1 堆芯能谱及能谱因子
5.1.2 堆芯核素演化
5.1.3 堆芯增殖性能研究
5.1.4 安全特性研究
5.1.5 放射性分析
5.2 不同堆型不同燃料循环方式下的中子学参数对比
5.2.1 初始临界分析
5.2.2 增殖性能
5.2.3 安全特性
5.2.4 放射性分析
5.3 本章小结
第6章 PB&B过渡模式下氯盐快堆Th-U增殖中子学性能研究
6.1 PB&B过渡模式下IMCFR的 Th-U循环性能分析
6.1.1 核素质量流
6.1.2 堆芯核素演化
6.1.3 增殖性能分析
6.1.4 安全参数分析
6.1.5 放射性分析
6.2 不同堆型不同循环方式的中子学参数分析
6.2.1 能谱演化
6.2.2 增殖性能对比
6.2.3 安全参数对比
6.2.4 放射性分析
6.3 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 论文创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3667668
【文章页数】：197 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 可持续能源供应与核电发展
1.2 熔盐堆发展历程与研究现状
1.2.1 氟盐堆研究历史与现状
1.2.2 氟盐与氯盐性能对比
1.2.3 氯盐堆发展历史及研究现状
1.3 钍铀燃料循环
1.3.1 钍铀循环的优势
1.3.2 钍资源利用历史与现状
1.3.3 钍铀循环面临的挑战
1.4 本文研究内容及目标
第2章 熔盐堆燃耗计算方法
2.1 TMCBurnup与 MESA程序介绍
2.1.1 TMCBurnup程序介绍
2.1.2 MESA程序介绍
2.2 内部模块介绍
2.2.1 SCALE6.1模块介绍
2.2.2 MODEC计算方法
2.3 TMCBurnup程序与MESA程序验证
2.3.1 MSFR模型介绍
2.3.2 TMCBurnup程序验证
2.3.3 MESA平衡态快速搜索程序验证
2.4 本章小结
第3章 氯盐快堆初步设计方案研究
3.1 MCFR几何结构模型
3.2 氯盐快堆载体盐的选择
3.2.1 单盐性能对比
3.2.2 备选载体盐性能分析
3.3 ~(37)Cl富集度分析及选择
3.3.1 初始临界下~(37)Cl丰度影响
3.3.2 ~(37)Cl富集度在燃耗过程中的影响
3.4 后处理模式选择
3.5 本章小结
第4章 氯盐快堆平衡态增殖性能优化
4.1 优化参量的选择
4.1.1 堆芯几何对增殖性能的影响
4.1.2 堆芯功率密度对增殖性能的影响
4.1.3 后处理速率对增殖性能的影响
4.2 混合自适应遗传退火算法开发
4.2.1 遗传算法介绍
4.2.2 传统的模拟退火算法
4.2.3 混合自适应遗传退火算法(HAGASA)
4.3 HAGASA算法性能测试
4.3.1 在连续纯数值函数中的验证
4.3.2 在AHTR堆芯功率展平上的验证
4.3.3 在WWER-1000反应堆换料验证
4.3.4 HAGASA测试结果总结
4.4 氯盐快堆平衡态增殖性能优化
4.4.1 熔盐堆平衡态优化程序介绍
4.4.2 目标函数确定
4.4.3 氯盐快堆平衡态性能优化
4.5 本章小结
第5章 B&B过渡模式下氯盐快堆Th-U循环中子学性能研究
5.1 B&B过渡模式下IMCFR的 Th-U循环性能分析
5.1.1 堆芯能谱及能谱因子
5.1.2 堆芯核素演化
5.1.3 堆芯增殖性能研究
5.1.4 安全特性研究
5.1.5 放射性分析
5.2 不同堆型不同燃料循环方式下的中子学参数对比
5.2.1 初始临界分析
5.2.2 增殖性能
5.2.3 安全特性
5.2.4 放射性分析
5.3 本章小结
第6章 PB&B过渡模式下氯盐快堆Th-U增殖中子学性能研究
6.1 PB&B过渡模式下IMCFR的 Th-U循环性能分析
6.1.1 核素质量流
6.1.2 堆芯核素演化
6.1.3 增殖性能分析
6.1.4 安全参数分析
6.1.5 放射性分析
6.2 不同堆型不同循环方式的中子学参数分析
6.2.1 能谱演化
6.2.2 增殖性能对比
6.2.3 安全参数对比
6.2.4 放射性分析
6.3 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 论文创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3667668
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