径向倒料行波堆MA嬗变可行性分析

行波堆可使用低富集度核燃料达到较高的燃耗,核废料不需再回收处理,是闭式燃料循环外有效的核燃料利用体系。为进一步挖掘行波堆在核燃料利用方面的优势,本文对行波堆嬗变次锕系核素(MA)进行了可行性分析。在自主设计的1 250 MWt棋盘式径向倒料钠冷行波堆中均匀添加MA,质量份额从2.0%至12.0%。采用自主开发的MCNP-ORIGEN耦合燃耗计算程序进行分析计算。结果表明,MA嬗变量随MA质量份额的增大线性增大,而嬗变率随MA质量份额的增大呈抛物线变化。同时研究了MA质量份额对堆芯安全参数的影响,如堆芯有效增殖因数、多普勒反馈系数、空泡系数和有效缓发中子份额等。计算结果表明,堆芯有效增殖因数和空泡系数随MA质量份额的增大而增大,多普勒反馈系数和有效缓发中子份额随MA质量份额的增大而减小。     

加速器驱动系统的燃料选择

对装载不同增殖材料的现实加速器驱动系统(ADS)的安全及嬗变超铀核素特性进行研究。分别 以(U,TRU)O2和(Th,TRU)O2作为堆芯燃料,先用LAHET和MCNP程序对ADS进行稳态模拟计 算,再耦合MCNP和ORIGEN2程序计算燃耗过程中的核素密度变化。结果显示,装载钍基燃料的 ADS对超铀核素的嬗变效果较好,且在燃耗过程中其反应性和质子流强波动较小;装载铀基燃料的 ADS则具有更安全的多普勒效应和缓发中子有效份额。总体来看,如果需要堆长时间安全嬗变超铀核 素,装载钍基燃料会取得更好的效果。     

聚变裂变混合堆钍基增殖锕系元素嬗变包层中子学初步研究

聚变裂变混合堆比纯聚变堆在工程及技术方面要求低,且在产生核燃料、嬗变长寿命核废料以及固有安全性方面具有一定优势,因此,越来越受到人们的重视。增殖包层是混合堆系统的关键部件,已有的包层研究基本上是基于较成熟的铀-钚燃料循环技术。针对我国铀资源相对较少而钍资源较丰富的现状,本文就一种新型的钍基燃料增殖锕系元素嬗变包层进行了初步的中子学研究,利用一维离散纵标法燃耗程序BISONC以及Monte-Carlo粒子输运程序MCNP,对包层的关键核参数,诸如氚增殖比、少量锕系元素的嬗变质量、233U产量以及热功率等,进行了较详细的计算分析。计算结果表明,生成的核燃料233U的富集度可达到3.65%,从而满足压水堆燃料富集度要求。分析结果为下一步的包层优化设计提供了依据。     

TRU燃料热谱MSR定期换料及嬗变特性数值研究

熔盐反应堆（MSR）燃料制备方便、中子经济性好、燃料管理灵活,具有直接利用轻水堆乏燃料中超铀核素（TRU）的潜力。本文通过优化燃料选取、栅格参数及燃料/石墨体积分数和去除裂变气体和惰性金属等方法,对TRU燃料热谱MSR堆芯寿期、TRU核素积存量、次锕系核素MA嬗变支持比和TRU焚毁率等进行计算分析,证明TRU燃料热谱MSR可实现长周期定期换料,减少在线换料的难度,同时对MA和TRU核素具有一定的嬗变能力,可降低乏燃料放射性毒性。      

快堆中不同核燃料类型的长寿期性能评价

建立了典型的快堆六角形栅元堆芯模型,研究了多种类型的燃料在快中子能谱辐照环境下经过较长时间辐照后的性能,对不同燃料堆芯在运行寿期末的乏燃料组成成分进行了分析.结果表明,在栅元结构完全一样且初始剩余反应性基本相同的情况下,燃料反应性损失从小到大的顺序是:金属燃料＜氮化物燃料＜碳化物燃料<氧化物燃料;在整个寿期中,使用Pu驱动的燃料比使用235U驱动的燃料反应性下降得慢;金属燃料寿期末乏燃料中按初始装载燃料质量平均后的超铀核素的质量最小,其他依次为氧化物<氮化物<碳化物;由于初始装载量的增多,使用Pu驱动的燃料寿期末乏燃料超铀核素的总量比使用235U驱动的燃料多,同时,乏燃料Pu中的易裂变同位素的份额比235U驱动燃料的少.从中子学角度考虑,UZr燃料是比较理想的长寿命快堆堆芯燃料类型.     

压水堆平衡堆芯钍铀燃料循环初步研究

建立WIMSD5-SN2-CYCLE3D和CASMO3-CYCLE3D物理分析系统作为钍铀燃料循环研究工具.以大亚湾第1机组压水堆为参考堆型,不改变反应堆栅元、组件和堆芯的结构与几何尺寸,设计出含36根钍棒、4.2#5U富集度的新型含钍组件,并对含钍组件和3.2%富集度的铀组件进行中子学计算和分析.模拟并分析了大亚湾压水堆12个月换料从初始循环到铀钚平衡循环的换料过程.再从平衡铀堆芯出发,逐步加入含钍组件代替铀组件,对铀钚平衡循环到钍铀平衡循环的换料过程进行了模拟与分析.计算结果表明:钍铀平衡循环比铀钚平衡循环每天节省裂变核素质量约18.4%,并减少了长寿命放射性核废料的产生.不利因素是使得循环长度减少90EFPD,缩短了换料周期,增加运行费用,并给燃料管理、安全控制以及乏燃料的处理带来困难.建议提高组件的235U富集度,在压水堆上进行钍利用研究.     

铅冷快堆嬗变次锕系核素对安全性的影响研究

铅冷快堆可用于对乏燃料中部分次锕系（MA）核素进行后处理,为研究MA核素的添加是否会影响反应堆安全性能,本文设计了3种MA核素添加方式,分析研究了MA核素在铅冷快堆中嬗变对堆芯临界性能、堆芯寿期和燃料温度系数的影响。结果表明,MA核素的添加会对堆芯临界性能产生影响,使堆芯初始临界性能下降;镀层和混合燃料添加方式对铅冷快堆的寿期有明显的延长,嬗变棒添加方式根据添加位置不同对堆芯寿期的影响不同;MA核素的添加会引起燃料温度系数的改变,但燃料温度系数始终为负。本文提出的3种添加方式均可行,但是嬗变棒添加方式需要注意嬗变棒位置对堆芯寿期的影响,不建议采用较为集中的嬗变棒分布方式。      

一种长寿命钍基快谱堆芯的物理研究

钍(232Th)作为一种潜在的增殖燃料,长期以来仅作为其他矿产资源开采的废渣而未得到合理利用,国内外对钍在原位增殖—焚烧(Breed-and-Burn,BB)堆芯中物理性能的研究较少。本文以金属钍作为反应堆的核燃料,给出了一种新型长寿命堆芯的配置方案。该堆芯在寿期内无需停堆换料,且达到平衡态后能自稳临界运行而无需反应性控制系统。研究表明,理论上钍燃料可以实现BB模式,其开环模式具备极高的核燃料利用效率。     

一种长寿命钍基快谱堆芯的物理研究

钍(232Th)作为一种潜在的增殖燃料,长期以来仅作为其他矿产资源开采的废渣而未得到合理利用,国内外对钍在原位增殖—焚烧(Breed-and-Burn,BB)堆芯中物理性能的研究较少。本文以金属钍作为反应堆的核燃料,给出了一种新型长寿命堆芯的配置方案。该堆芯在寿期内无需停堆换料,且达到平衡态后能自稳临界运行而无需反应性控制系统。研究表明,理论上钍燃料可以实现BB模式,其开环模式具备极高的核燃料利用效率。     

重水堆钍铀燃料增殖循环方案研究

论文的目的是研究重水堆钍铀燃料增殖循环方案。基于前期设计的技术路线,以CANDU-6堆芯为参考堆芯,研究了钍基堆芯燃料管理策略,分析了中子学特性,并对乏燃料特性进行了评估,包括放射性毒性、衰变热和伽马射线。在此基础上,建立了钍铀燃料增殖循环方案,其在可持续性关键指标方面优于常规天然铀一次通过循环。