混合堆增殖钍基燃料组件中子学分析

采用压水堆17×17燃料组件模型,用燃料组件参数计算程序DRAGON分别对混合堆增殖钍燃料组件和全铀组件的中子学特性进行了研究,分析组件的燃料温度系数、慢化剂温度系数及其与燃耗的关系。计算结果表明,混合堆增殖钍燃料组件和全铀组件的中子特性相似,但钍燃料组件中的乏燃料组件中的次锕系核素(MA)的含量明显减少。     

聚变-裂变混合堆的氚工艺问题

文章描述了聚变堆和聚变-裂变混合堆的氚工艺问题。根据聚变堆和聚变-裂变混合堆的特点讨论了对包层氚增殖材料的要求,列举了几种可作氚增殖的合理材料特性。给出了几种从包层提取氚和从废聚变燃料中回收氚的方法。最后对混合堆的氚安全及防护问题进行了讨论。     

聚变—裂变混合堆及其在我国核能发展中的作用

本文概要介绍聚变和聚变-裂变混合堆基本原理及其作用。聚变-裂变混合堆可以为压水堆或快堆提供充足的核燃料。它和压水堆或快堆组成的系统具有经济可行性。在解决我国核能发展中燃料短缺问题和促进纯聚变能源的发展方面可望发挥重要的作用。     

功率展平的压水堆乏燃料发电包层中子学初步研究

聚变裂变混合堆在增殖核燃料、嬗变长寿命核废料及固有安全性等方面具有较大优势,同时,它比纯聚变堆在工程及技术方面要求低,因此较聚变堆更易实现。本工作基于目前国际聚变实验堆（ITER）所能达到的技术水平,提出一种直接利用乏燃料进行发电的聚变裂变混合堆包层概念,利用在不同位置放置不同乏燃料体积分数的方法对燃料增殖区实现了功率展平。计算结果表明：功率展平后的包层功率不均匀系数更小,且包层中燃料区的能量输出要比不展平情况下的能量输出高约21.7%。燃料富集度到运行末期最大可达5.23%。从中子学角度初步论证了该包层的可行性。     

核能源前景浅见

文章展望了裂变堆、纯聚变堆和聚变-裂变混合堆的前景,分析了混合堆的低聚变条件和很高的能量与燃料增殖能力等重大优点。认为作为由裂变能源过渡到纯聚变能源的桥梁,聚变-裂变混合堆应成为未来核能源的方向之一。     

聚变-裂变混合堆水冷包层中子物理性能研究

研究直接应用国际热核聚变实验堆（ITER）规模的聚变堆作为中子驱动源，采用天然铀为初装核燃料，并采用现有压水堆核电厂成熟的轻水慢化和冷却技术，设计聚变-裂变混合堆裂变及产氚包层的技术可行性。应用MCNP与Origen2相耦合的程序进行计算分析，研究不同核燃料对包层有效增殖系数、氚增殖比、能量放大系数和外中子源效率等中子物理性能的影响。计算分析结果显示，现有核电厂广泛使用的UO₂核燃料以及下一代裂变堆推荐采用的UC、UN和U₉₀Zr₁₀等高性能陶瓷及合金核燃料作为水冷包层的核燃料，都能满足以产能发电为设计目标的新型聚变 裂变混合堆能量放大倍数的设计要求，但只有UC和U₉₀Zr₁₀燃料同时满足聚变燃料氚的生产与消耗自持的要求。研究结果对进一步研发满足未来核能可持续发展的新型聚变-裂变混合堆技术具有潜在参考价值。     

超临界水堆铀钍混合燃料组件中子学特性分析

针对超临界水堆的能谱特性及钍燃料的中子特性,提出了一种应用于超临界水堆的新型铀钍混合燃料组件设计方案,并利用组件计算程序Dragon"对该设计在不同工况下的中子学特性进行了分析,包括:无限增殖因数、反应性温度系数、易裂变材料存量比(FIR)等,以及它们随燃耗变化的规律。另外,通过改变混合燃料组件中燃料棒的慢化剂-燃料比,探究了其对燃料组件中子学特性的影响。结果表明:超临界水堆较硬的中子能谱有利于产生易裂变核素,同时该新型燃料组件在提高燃料利用率和减少次锕系元素存量方面具有一定的优势。     

聚变－裂变混合堆安全性初探

对聚变－裂变混合堆的安全性进行了初步分析和探讨．主要利用改进后的混合堆放射性程序ＦＤＫＲ对混合堆产生的核废物及放射性进行计算，并将结果与压水堆、高温气冷堆和液态金属冷却快中子增殖堆进行了比较。结果表明，混合堆与裂变动力堆相比有较好的安全性。     

聚变—裂变混合堆安全性初探

对聚变－裂变混合堆的安全性进行了初步分析和探讨。主要利用改进后的混合堆放射性程序ＦＤＫＲ对混合堆产生的核废物及放射性进行计算，并将结果与压水堆、高温气冷堆和液态金属冷却快中子增殖堆进行了比较。结果表明，混合堆与裂变动力堆相比有较好的安全性。     

聚变-裂变混合能源堆一维计算模型燃耗分析

聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和以天然铀为燃料、水为冷却剂的次临界包层,主要目标是生产电力。利用输运燃耗耦合程序系统MCORGS计算了混合能源堆一维模型的燃耗,给出了中子有效增殖因数k_eff、能量放大倍数M、氚增殖比TBR等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化,说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。本文给出的结果可作为混合堆中子输运、燃耗分析程序校验的参考数据,为混合堆概念研究提供了基础数据。     

混合能源堆裂变包层核燃料成本分析

混合能源堆裂变包层燃料管理策略是:对乏燃料做后处理,得到的回收燃料作为下一循环的燃料,据此开展裂变包层的燃耗性能分析。在此基础上建立了针对混合能源堆的燃料循环成本分析模型:建立核燃料循环图,进行物料衡算,并分析燃料管理方案的单位发电量的燃料消耗量,根据市场价格,得到最终的核燃料成本。根据燃料循环成本分析结果,对影响较大的因素,如天然铀采购单价、乏燃料后处理单价、燃料制造单价等参数进行敏感性分析,得到燃料成本根据各价格参数变化规律。     

铀-水体积比对混合能源堆中子学性能的影响

介绍输运燃耗耦合程序MCORGS的理论模型,利用MCORGS研究铀-水体积比对混合能源堆中子学性能的影响。研究表明,采用天然铀为裂变燃料,且铀-水比为2:1时,可实现较高的能量放大,保持氚自持,中子学性能可以维持100 a以上;采用压水堆乏燃料时,铀-水比的选择余地更大,能量放大和产氚能力提高,但燃料增殖能力下降。     

聚变—裂变混合能源堆燃料管理方案设计研究

本文根据聚变-裂变混合能源堆方案设计和燃料组件功率分布的特点,利用自主开发的蒙卡-燃耗耦合程序,开展了详细的燃料管理方案设计研究,分别设计了整体后处理的燃料管理方案、双循环燃料管理方案以及分批燃料管理方案,针对这些类型的燃料管理方案,进行了燃耗分析计算,研究了各种燃料管理方案下各区燃耗及主要裂变核素成分随燃耗的变化。根据各燃料管理方案的主要特点和计算分析结果,对比总结了它们的优点和缺点。本文为今后的聚变-裂变混合能源堆提供了燃料管理上的建议,也为进一步的经济性分析优化研究打下了基础。     

The neutronics studies of a fusion fission hybrid reactor using pressure tube blankets

In this paper, a fusion fission hybrid reactor used for energy producing is proposed based on the situation of nuclear power in China. The pressurized light water is applied as the coolant. The fuel assemblies are loaded in the pressure tubes with a modular type structure. The neutronics analysis is performed to get the suitable design and prove the feasibility. The energy multiplication and tritium self-sustaining are evaluated. The neutron load is also cared. From different candidates, the PWR spent fuel is selected as the feed fuel. The results show that the hybrid reactor can meet the expected reactor core lifetime of 5 years with 1000 MWe power output. Two ways are discussed including burning the discharged PWR spent fuel and burning the reprocessed plutonium. The energy multiplication is big enough and the tritium can be self-sustaining for both of the two ways. The neutron wall load in the operating time is kept smaller than the one of ITER. The way to use the reprocessed plutonium brings low neutron wall load, but also brings additional difficulties in operating the hybrid reactor. The way to use the discharged spent fuel is proposed to be a better choice currently.     

转运通道中燃料组件沸腾传热的试验研究

在压水堆换料过程中，乏燃料组件要通过水下通道完成从反应堆厂房到乏燃料水池的运输。为获得乏燃料组件在换热条件较恶劣的承载器顶角区域的传热特性，开展了试验研究，测量得到了2 400～20 000 W/m²不同热流密度下承载器顶角区域3根燃料棒顶部的沸腾换热系数，并拟合得到沸腾传热关联式。研究结果可为今后工程应用中评估燃料组件在转运过程中的热工安全状态和表面最高温度提供参考。     

MOX燃料组件装入现役M310堆芯对堆芯核设计的影响研究

国际上的MOX燃料技术目前已较为成熟,且已有在压水堆中运行的工程经验。本文对MOX燃料组件的中子学性能进行了分析,对其在我国现役M310堆芯应用的可行性进行了研究,得到了M310堆芯由全部使用UO2燃料组件向使用30%的MOX燃料组件过渡的堆芯燃料管理方案,并对使用MOX燃料组件的堆芯的部分中子学参数进行了初步分析。结果表明:使用30%的MOX燃料组件的堆芯可达到与全UO2堆芯相当的循环长度;堆芯反应性控制能力可满足要求;慢化剂温度系数、Doppler温度系数、Doppler功率系数、氙和钐的动态特性均趋向使堆芯运行更加安全和稳定。本文的研究结果可为MOX燃料在M310堆芯中应用的进一步研究提供参考。     

压水堆燃料组件附加质量仿真研究

为了准确探究反应堆冷却剂与燃料组件间存在流固耦合行为对燃料组件振动特性的影响,本文采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent平台,运用其中的动态网格技术,以压水堆燃料组件为研究对象,通过建立燃料组件模拟棒束、堆芯围板以及冷却剂模型,实现燃料组件与堆芯围板分别单独运动工况的燃料组件附加质量计算。结果显示：燃料组件运动工况下,燃料组件附加质量系数均值为2.4712;围板运动工况下,燃料组件附加质量系数均值为–3.4713,均与文献值偏差小于5%。叠加附加质量后,燃料组件振动频率计算值与水中振动试验测试结果偏差小于5%,验证了分析方法的合理性。本研究建立的仿真计算方法能够用于压水堆燃料组件附加质量计算。     

聚变-裂变混合堆程序开发及验证

针对聚变-裂变混合堆设计研究中原有燃耗计算程序MONK9A耗时长等问题,利用MCNP和SCALE5.1程序包中的Origen-s程序开发出1套可用于先进反应堆设计的燃耗耦合程序MOCouple-s.选取了压水堆燃耗基准题、ADS基准题对MOCouple-s程序进行了验证,结果表明,MOCouple-s程序关于反应性和核素成分的计算结果与实验测量结果和其他程序的计算结果符合良好,且在某些计算结果、参数设置、自动化执行等方面优于国内外类似程序.利用MOCouple-s程序对MONK9A程序在混合堆燃耗计算上的适用性进行了验证,结果差别不大,证明MONK9A程序用于混合堆初步研究设计得到的燃耗计算结果是可靠的.