采用^3He回路的功率跃增辐照装置物理特性研究

功率跃增辐照装置用于研究堆内进行燃料元件功率跃增试验(PRT)。对置于高通量工程试验堆(HFETR)中的PRT辐照装置,采用MCNP程序计算装置的中子学特性、各结构的释热率及其轴向分布;采用物理-热工耦合计算方法,结合MCNP程序和CFX程序,得到3He回路压力范围内燃料棒的功率变化。结果表明:3He气体层能显著削弱进入氦屏以内结构的热中子流,并降低装置及其周围的中子注量率;改变3He气体密度能显著地改变装置及其周围的中子场,有效地调节试验燃料棒的功率。燃料芯块释热功率随3He气体压力的减小而单调递增,其计算值与采用自然对数函数拟合的曲线吻合良好。

功率跃增辐照装置氦屏结构优化

采用蒙特卡罗(MCNP)程序对置于高通量工程试验堆(HFETR)中的功率跃增辐照考验装置进行物理计算,并采用多优化目标加权评分方法评价不同氦屏结构设计的优劣度。研究结果表明,保持氦屏内侧位置不变时,氦屏气体层的厚度越大,燃料芯块的功率越低;氦屏气体层厚度为2~5 mm时,燃料功率变化范围满足要求,厚度为3~4 mm时较佳。氦屏气体层为3 mm时,氦屏与燃料棒的距离越远,其对燃料芯块处热中子注量率的削减效果越小,对燃料棒功率的控制能力越差,试验时的正反应性引入量呈增大趋势。对于典型装载的HFETR堆芯,处于燃料区域边缘的功率跃增辐照装置,氦屏厚度为3 mm、氦屏内侧冷却水流道宽度为2 mm时的结构为优劣度评分最高的优化氦屏结构。

燃料元件功率瞬态试验氦-3回路中氚阱设计

在燃料元件堆内功率瞬态试验中,为净化氦-3气体吸收中子产生的氚,保证试验的安全性,需设计一个用于捕集氚的装置——氚阱。选择海绵钛作为贮氚金属。原型容器的设计主要依据氚的产量、氚钛化学反应、温度、压力、还有氚衰变氦释放等因素。总体结构采用内加热形式的双层包套式不锈钢压力容器,可减小热损失和氚的渗透量。本文同时也介绍了氚阱的结构、传热、屏蔽和密封等的分析结果。