聚变驱动次临界堆概念设计研究

在深入分析相关领域研究发展状况的基础上,提出一个可实现核废料嬗变、可裂变重金属核燃料和氚核燃料增殖、产能等多种功能的次临界反应堆概念。概念有托卡马克实验装置参数适量外推的等离子体物理和技术水平的聚变堆芯、高压He气/液态LiPb双冷却系统嬗变包层。介绍了系统基本概况和参考结构形式,阐述了系统聚变等离子体物理学、包层中子物理学和包层热工水力学设计的基本原则和主要工程约束限制条件,指出系统相关的安全和潜在环境影响问题,给出典型的参考设计参数。

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层热工水力学参数设计与分析

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层是一个以氦气和液态金属LiPb为冷却剂,以嬗变核废料为主要目的的多功能包层。依据功率平衡模型对不同工况优化的基础上,对该包层热工系统参数进行了设计分析。采用三维商用计算流体力学程序对第一壁和高功率密度区中液态LiPb的流场进行数值模拟计算,给出了优化的典型热工水力参数。

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层中子学设计与分析

对聚变驱动次临界堆的多功能双冷核废料嬗变包层进行了中子学设计和分析,设计目标是:①氚和钚燃料自持;②较少的初装料得到较高的废料嬗变率。使用的程序是自主开发的多功能中子输运/燃耗/优化程序VisuaIBUs1.0,相应的数据库是175群中子/42群光子的多群数据库HENDL1.0/MG。

加速器驱动次临界堆堆芯物理概念研究

分析了加速器驱动次临界堆堆芯的裂变核素增殖和平衡条件、主要长寿命放射性废物的积累、裂变产物毒性的影响及次临界堆的运行周期、输出功率和能量增益等主要性质，并对次临界热堆和次临界快堆的物理性质进行了比较。在简单的球形几何条件下，分析了铀－铅和钍－重水组成的快－热耦合的次临界系统的物理性质。

聚变驱动次临界堆聚变堆芯参数设计与分析

在建立零维堆芯物理模型的基础上,计算了FDS系统三组环径比(低、标准、高)的堆芯物理参数,利用平衡程序和1.5维演化程序对标准环径比情况,进行了等离子体平衡计算和位形演化模拟,结果表明设计方案先进可行。

聚变驱动次临界堆经济性分析

利用自主开发的聚变系统分析软件SYSCODE对聚变驱动次临界堆的经济性进行了计算和分析。首先,对典型的环径比(标准环径比)设计方案,从堆芯几何参数、物理及工程参数等两个方面分析它们与成本的关系,然后,详细分析低、标准、高环径比三套候选设计方案的经济性与中子学参数的关系。研究发现,其经济性主要取决于包层中子学参数,另外,其经济性与几何、物理及工程参数的关系在一定条件下有别于纯聚变系统。

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层第一壁结构热应力计算与分析

使用有限元程序对聚变次临界堆双冷嬗变包层第一壁进行数值模拟 ,给出不同载荷条件下的温度场和应力场分布 ,结果证明典型氦气系统设计满足热工要求。依据数值模拟结果对第一壁氦气载热能力进行分析 ,并考虑了流道形状对结构热应力的影响。

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层材料活化计算与分析

对聚变驱动次临界堆 (FDS Ⅰ )包层进行了材料活化计算与分析。利用多功能中子学程序系统VisualBUS1 .0及多群数据库HENDL1 .0 /MG进行中子输运计算 ,以获得包层各个功能区的中子注量率能谱 ;在此基础上 ,使用欧洲活化计算程序FISPACT及IAEA聚变活化数据库FENDL/A 2 .0分别对停堆初期包层不同功能区的剂量率水平和衰变余热水平、停堆后期结构材料与氚增殖剂 /冷却剂的活化性能及其杂质的控制要求进行了计算及分析。

聚变驱动次临界堆嬗变包层双流场三维数值模拟与分析

采用流体动力学数值模拟软件对聚变次临界堆双冷嬗变包层高功率密度区 (FW、HM1 )液态金属LiPb和氦气流场进行三维数值模拟 ,考察双流场温度分布、LiPb向氦气传热热流密度场等 。

加速器驱动核废料嬗变次临界堆中子学初步设计分析

针对铅合金冷却加速器驱动核废料嬗变次临界堆ADS-NWT,以次锕系核素(MA)嬗变性能为评价指标,开展了ADS-NWT中子学初步设计分析。设计采用液态铅铋作为冷却剂,选择超铀弥散金属燃料,使用大型集成中子学计算分析系统VisualBUS和混合评价核数据库HENDL进行计算分析。结果表明:当MA/Pu体积比为7∶3时全堆对MA的嬗变率可达约650kg/a,同时满足能量自持并具备约1 000MW能量输出,较深的次临界度和负反应性系数表明ADS-NWT具有良好的固有安全性。

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层多群中子截面数据库共振自屏效应计算与分析

依据聚变驱动次临界反应堆 (FDS I)系统设计方案 ,使用Njoy和Transx程序 ,制作了 2 5群、1 75群、62 0群忽略和考虑共振自屏效应的中子截面核数据库 ,用Anisn程序计算了系统的有效增殖系数和各种反应率。结果表明 ,共振自屏效应对FDS I系统的各种反应率有很大的影响。

长寿命裂变产物在聚变驱动次临界堆包层中嬗变的中子学优化分析

商用裂变堆乏燃料中高放长寿命裂变产物(LLFP)由于其具有很强的放射毒性,所以对于它们的嬗变处理非常重要。在对世界上关于LLFP嬗变处理的广泛调研的基础上,考虑到LLFP的同位素分离技术的发展水平,选择了LLFP中99Tc、129I和135Cs的嬗变处理(?)料的化学形式,分析了不同慢化剂材料对嬗变能力的影响,同时针对聚变驱动次临界堆的多功能双冷核废料嬗变包层(DWTB)进行了LLFP嬗变的中子学设计和优化分析。

基于遗传算法的聚变驱动次临界堆嬗变包层长寿命锕系元素初装料中子学优化

在聚变驱动次临界堆的多功能核废料嬗变包层中,长寿命锕系废料的嬗变处理是中子学设计中非常关心的问题。利用FDS课题组开发的多功能中子学程序系统VisualBUS1.0,针对该系统燃耗计算过程具有多变量和多目标函数复杂关系的特点,应用遗传算法对嬗变包层的锕系废料嬗变区的初装料量进行了优化处理,使其在一定的物理和工程参数约束下,指导嬗变区的装料份额取值,分析嬗变区的装料份额对锕系废料的年燃耗深度等参数的影响。

基于最小化发电成本的聚变驱动次临界堆参数优化分析

利用自主发展的聚变驱动次临界堆 (FDS)系统分析软件SYSCODE ,通过遗传算法求解以最小化发电成本为目标函数 ,以聚变功率、中子壁负载、安全因子和包层平均热功率密度限等为约束条件的最优化模型 ,得到FDS的包层能量增益因子 (Qb) ,等离子体位形参数 :环径比 (A)、拉长比 (κ)和三角变形因子 (δ) ,工程与物理参数 :规一化比压 (βN)、轴上纵场 (BT)与等离子体电流 (IP)等的最优化设计 ,并详细分析了发电成本对最优设计点的敏感性。分析分两种情况 :一是聚变功率为定值 (设为 1 5 0MW ) ;二是包层平均热功率密度为定值 (分别设为 1 5、5 0、1 0 0和 5 0 0MW /m3)。

聚变次临界堆双冷嬗变包层第一壁结构和氦气流道优化分析

在聚变次临界堆双冷嬗变包层第一壁结构初步设计基础上 ,对第一壁结构尺寸和氦气流道形状进行优化分析 ,利用有限元分析软件对第一壁结构进行应力数值模拟 ,在满足结构应力及部件可靠性的前提下 ,给出最佳优化方案。

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层结构设计与分析

给出聚变驱动次临界堆液态金属LiPb/He气双冷嬗变包层参考结构概念,采用了低活化铁素体/马氏体RAFM钢(如CLAM)作为结构材料、简单液态金属流道、两个独立氦气冷却系统以及燃料球/颗粒等设计方案。重点分析了嬗变包层第一壁、重金属区与裂变产物嬗变区的结构设计特点。

加速器驱动次临界堆换料系统概念设计与分析

以中国铅基合金冷却示范堆(一种加速器驱动次临界堆)为原型,针对加速器驱动次临界堆的特点,开展了换料系统的概念结构设计和换料流程设计,解决了加速器质子束管阻碍换料系统运动的难题,通过分析换料系统结构设计特点,证明了换料系统具有运动无阻碍性和全覆盖性。

ADS次临界堆堆芯功率控制策略研究

ADS次临界堆的功率控制与临界堆有本质的不同,临界堆大多以控制棒为控制手段来调节功率,而ADS次临界堆以控制棒和外中子源作为控制手段来调节功率。因此ADS系统的控制更为复杂且具有特殊性,有必要确定ADS次临界堆的控制策略。将控制棒反应性和外中子源强度同时设为受控对象,针对不同的堆芯相对功率偏差下,选择不同的受控对象,实现ADS堆芯功率控制。结果表明:采用切换受控对象的方案比单独以控制棒为受控对象的控制方案具有更优的控制效果。

外中子源驱动的次临界堆核能系统──可预见的更安全的核能源

本文概述了建立以外中子源驱动的次临界核反应堆核能系统的重要意义和乐观前景。

临界堆中子增殖系数测量统计涨落数值模拟

建立了临界堆中子增殖系数(α参数)计算模型,采用闪烁体加光电倍增管组成的电流型探测器对α参数进行测量。采用构造理想函数加统计涨落偏差的方式,利用数值模拟方法,研究了统计涨落对α参数测量结果的影响。结果表明:测量信号统计涨落会影响α参数测量精度;考虑统计涨落影响,为使α参数满足要求,需要使探测器入射粒子数达到一定数量;针对不同测量时间,入射粒子起始强度需要满足不同要求;当起始强度不能满足要求时,可以采用增加测量时间;指数信号带随机涨落时,较大的求值区间能有效减弱统计涨落的影响。