基于TRISO燃料的小型压水堆研究

目前世界上运行的大部分压水堆都采用二氧化铀(UO2)作为核燃料,锆合金作为包壳.该技术虽然成熟,但在高温下仍存在一定缺陷.新开发的TRISO(Tristructural-isotropic)燃料可以长时间在1 600℃的温度下保持燃料和包壳的完整性,防止裂变产物释放到环境中,在压水堆中使用TRISO燃料替代常规UO2芯块燃料可以大大提高反应堆的安全性.本研究使用TRISO包覆颗粒燃料的小型压水堆,对不同富集度组件排列下的有效增殖系数、堆芯换料周期、中子通量分布等进行分析讨论,并比较2种燃料棒在反应堆正常运行环境下的温度分布.计算结果表明,从换料周期、通量展平、燃料的中心最高温度这3个方面看,在小型压水堆中采用TRISO燃料棒替代常规UO2燃料棒是可行的,使用TRISO燃料的堆芯具有更优异的安全性.

不同材料对行波堆有效增殖因数的影响因素分析

行波堆是一种趋近理想状态的先进核能系统,其焚烧策略可将铀资源利用率提高数十倍,废物量减至几十分之一.本文以蒙特卡罗程序为工具,设计了一个圆柱形行波堆堆芯物理模型,研究不同冷却剂、反射层厚度和燃料下行波堆几十年内的有效增殖因数(keff)的变化情况.结果表明,当其他材料相同时,改变点火区的易裂变核素浓度对稳态时行波堆增殖和裂变的239Pu几乎没有影响,因此在平衡时keff值保持稳定;增加反射层厚度、使用金属燃料和氦气冷却时反应堆的中子经济性较佳,此时keff有较大值.

核反应堆系统中以超临界二氧化碳为工质的热力循环过程的建模与分析

超临界二氧化碳(S-CO2)有可能作为循环工质应用于第四代核能系统中的3种快中子反应堆系统和当前常见商用反应堆系统内.使用工程等式求解器(engineering equation solver,EES)工具,对S-CO2布雷顿循环进行了理论建模和分析.其中,针对系统中的重要部件换热器,进行了较为详细的建模.分析了S-CO2布雷顿循环系统的循环热效率,并与核工业中常用的循环工质进行对比.结果表明,S-CO2作为循环工质在特定的温度下具有较高的热转化效率.同时,针对不同的反应堆类型,对比分析S-CO2布雷顿循环与各种类型反应堆系统耦合时的热力循环效率与特性.结果表明,SCO2作为循环工质材料最适合在气冷快堆与液态金属快堆(钠冷快堆和铅冷快堆)中使用,具有热效率和铀资源利用率高等优势.