气冷快堆燃料组件设计及中子学特性分析

气冷快堆兼具高温气冷堆的经济性和快堆的可持续性等优点,在四代堆型中具有独特的技术优势。为了适应气冷快堆高温、高中子通量的堆芯环境,本文基于耐事故燃料模型,提出了一种块状气冷快堆燃料组件设计方案,并对该组件中铀钚混合燃料中的钚含量、冷却孔道的直径及数量、栅距比、包壳及组件盒厚度等物理参数对中子学特性的影响规律开展了敏感性分析研究。分析结果表明:在研究的6个参数中,钚含量和栅距比对组件的中子学特性影响最大,冷却孔道数量主要影响组件内的功率分布,其余参数对组件中子学特性几乎无影响。最后针对块状燃料组件低冷却剂份额的特点,利用单通道模型进行组件内的温度分布计算,给出了热工限值对组件参数的要求。

HFETR辐照孔道中子特性研究

采用蒙特卡洛(MCNP)程序对辐照孔道中子特性进行研究,包括各辐照孔道E>1.0 Me V时的中子注量率(φE1.0 Me Vf(29))与E>0.625 e V时的中子注量率(φE0.625 e Vf(29))的比值k,辐照孔道阳面、阴面样品中子注量率比值,辐照孔道样品最佳布置高度。研究结果表明:高通量工程试验堆(HFETR)辐照孔道k值随轴向和径向变化不同,但平均变化程度一致;9#孔道阳面、阴面材料快中子注量率比值达1.43,而G7、K11孔道阳面、阴面材料快中子注量率比值相对较小,分别为1.21和1.18。综合考虑,对于P15孔道,辐照试验段样品布置区的高度可达500 mm;对于9#孔道,样品布置高度可适当增至600 mm。

速度选择器参数设计及其中子光学特性

速度选择器是中子小角散射谱仪的关键部件之一,可获得有一定宽度的单色中子束,本文针对不同参数模型,用Vitess程序进行了计算和优化设计,根据客观需求,得到优化的速度选择器参数。并对速度选择器后中子光学特性进行分析,发现转子倾角和束流发散度对中子光学特性影响明显。

气冷微堆燃料设计的中子学特性影响研究

为分析气冷微堆燃料设计的中子学特性影响,基于方形燃料组件模型,利用蒙特卡罗程序RMC研究了TRISO颗粒、燃料芯块在燃料设计中的主要参量对组件中子学特性的影响。研究结果表明,燃料颗粒体积占比和包覆层厚度不变时,组件寿期随燃料核芯直径的增大先显著增大,而后趋于平稳;燃料颗粒体积占比和燃料核芯直径不变时,组件寿期随包覆层厚度的增大而减小;燃料装载量不变时,芯块直径增大,组件寿期显著增大,而芯块高度影响较小;无燃料区厚度的增加对组件中子学特性有明显的负面影响,基体材料密度、基体杂质硼当量对组件中子学特性的影响较小。研究结果将为后续气冷微堆包覆颗粒弥散燃料的设计优化提供指导。

^(99)Tc靶件中子学特性及释热率特点的初步研究

99Tc是一种重要的长寿命裂变产物,半衰期长,极易随地下水迁徙扩散.将99Tc嬗变为短寿命或稳定核素,可有效降低其对环境的危害.99Tc在热中子谱下具有较大的吸收截面,采用PWR嬗变99Tc是一种可行途径.为了评估99Tc嬗变靶件对PWR堆芯中子学参数的影响,并为含嬗变靶件的PWR组件热工水力计算提供数据,本文对含99Tc的17×17 PWR组件进行模拟计算,给出了99Tc靶件加入前后,燃料温度系数、慢化剂温度系数的变化规律;计算了稳态工况下99Tc靶件的轴向释热率.相关结论可为PWR嬗变99Tc研究提供参考.

商用三端稳压器中子辐射特性实验

三端稳压器已经成为武器电子系统不可缺少的一种器件，它为系统各种部、组件提供各种电压源，如+5，+9，-5，-9V等，但抗中子辐射的能力比较低，一般来说中子注量约1×10^13m／cm^2。研究各种商用三端稳压器的中子辐射特性能够了解双极型模拟器件抗中子的辐射能力的阈值范围，也为系统设计者挑选器件提供具体参考。

10 kW低浓铀月表反应堆电源系统概念设计与分析

针对未来月球科研站所面临的能源需求问题,提出一种采用低浓化U-Mo合金燃料和热管冷却的月球表面反应堆电源系统的新型概念设计。低浓化U-Mo合金燃料技术成熟,在RERTR项目中被作为主要燃料而得到广泛使用。采用低浓化U-Mo合金燃料,能够有效降低核扩散的风险和简化相关部门的监管流程。反应堆的额定热功率为180 kW,输出电功率≥10 kW,设计寿命为10年。反应堆为Na热管冷却的快中子反应堆,采用控制鼓对堆芯反应性进行控制,堆芯热量通过Na热管传递到半Heusler型温差发电模块,废热由Hg热管辐射器翅片辐射到太空。基于蒙特卡洛程序RMC和CFD软件对反应堆堆芯物理及热工进行了初步计算和分析,针对温差发电器件的热电转换性能进行了优化设计,对热管失效等假想事故进行了分析评价。结果表明,该反应堆设计能够满足中子物理设计和临界安全的要求,在稳态工况下温差发电器件的热电转换效率能够达到7.60%,系统能够有效输出≥10 kW电功率,热管级联失效时能够满足热工安全要求。

次锕系核素对惰性基质燃料中子学参数的影响研究

惰性基质燃料(Inert Matrix Fuel)具有较好的超铀核素销毁能力,是现在广泛研究的新型核燃料之一.为了加速乏燃料中的Pu同位素和次锕系核素MA的销毁及嬗变,本文选取普通PWR栅格作为研究对象,用MC方法比较研究MA加入IMF燃料后对其中子学参数的影响.研究表明,MA的加入会引起堆芯反应性的下降,并在一定程度上使得IMF燃料温度系数和慢化剂温度系数更负.

长寿期压水堆板状燃料组件可燃毒物选型研究

可燃毒物在长寿期压水堆中起着至关重要的作用,板状燃料组件在长寿期压水堆中具有较好的应用前景。本文开展长寿期压水堆板状燃料组件可燃毒物选型及中子学特性研究,对含不同可燃毒物的板状燃料组件进行输运-燃耗计算,筛选出中子学性能较好的可燃毒物。结果表明,采用富集同位素^(157)Gd、^(167)Er和B_(4)C作为可燃毒物时,几乎无反应性惩罚;当采用PACS-J和^(231)Pa作为可燃毒物时,因其自身特性,在寿期末不仅未造成反应性惩罚,且延长了组件寿期,提高了燃料利用率;PACS-J与慢燃耗可燃毒物组合,可获得更优的反应性曲线。由本文结果可知,板状燃料组件可以选用富集同位素^(157)Gd、富集同位素^(167)Er、B_(4)C、^(231)Pa和PACS-J作为可燃毒物,可燃毒物组合可以选用PACS-Er和PACS-Pa两种组合方案。

热电一体化微型空间堆堆芯物理方案设计

热电一体化微型空间堆将堆芯和斯特林热电转换单元集成布置于压力容器内,具有热电转换效率高、结构紧凑、功率密度高及安全性好等特点。本文采用蒙特卡罗程序MCNP对热电一体化微型空间堆进行精细建模,通过合理选取燃料种类、反射层尺寸及控制鼓参数,优化了堆芯物理方案,初步分析了堆芯的中子学特性。结果表明,优化后的热电一体化微型空间堆堆芯满足掉落事故临界安全、动态反应性及运行寿期要求,具有足够大的控制鼓价值及功率分布均匀合理等特点。

不同铀浓度对混合燃料超热熔盐堆的增殖率及石墨寿命的影响

当前,国际上对熔盐堆燃料熔盐性质的研究层出不穷。为了更充分地利用现有的易裂变核素来增殖铀233,许多学者试图寻找一种对Pu F3具有较高溶解度的熔盐。通过对Li F-Ce F3-Th F4系统的一系列测试,找到了下文提到的这种化学性质优异的熔盐,但其中子学特性尚待研究。文章运用MCNP5对不同235U含量的这种燃料熔盐搭配Li F-Be F2-Th F4(50-25-25mol%)的增殖区熔盐在固定石墨孔径的超热谱熔盐堆中的中子学特性及石墨寿命进行了研究和计算,并对该堆的燃料初始装堆量、最优铀钚比,适宜功率等给出建议。文章结论可对超热熔盐堆的设计提供参考。

稠密等离子体焦点高强度中子源

特定条件下在同轴加速极的敞开端形成的等离子体焦点是一种有许多问题现在仍未探索清楚的等离子体中子源。与空间和时间相关的中子产额及子能谱由等离子体本身的参数和周围的聚变气体决定。本文详细地叙述了这些参数的物理意义及其测量方法，特别是介绍了了与等离子体的产生；压缩和加热等相关的工程问题；

微型有机工质冷却核反应堆概念研究

为了对有机工质冷却核反应堆概念进行研究,本文首先分析了有机工质作为反应堆冷却剂和慢化剂的重要特征和关键技术问题,以及主要有机工质冷却核反应堆技术方案,在此基础上,开展了5 MW微型堆芯中子学特性研究。研究结果表明,在相同堆芯布置条件下,有机工质冷却核反应堆慢化剂温度系数绝对值小于压水堆,功率分布更加平坦。本文研究成果可以为我国正在大力发展的多用途微型核反应堆电源及供热系统技术路线选择提供重要参考。