加速器驱动的次临界铀溶液同位素生产堆概念设计

加速器驱动的次临界铀溶液系统作为新型同位素生产技术,具有固有安全性高、同位素比活度高及提取工艺简单等优势。本文从次临界系统的基础理论出发,确定了堆芯设计原则,针对加速器中子源和燃料选型进行说明,利用蒙特卡罗程序完成了次临界堆芯的概念设计并给出了一系列设计参数,此外,对堆芯长寿期燃耗特性和^(99)Mo产能进行了计算分析。结果表明,该方案^(99)Mo的年产能可达20 kCi(1 Ci=3.7×10^(10)Bq)以上,考虑运输过程中衰变损失,保守估计可满足全国1/3的临床需求,对后续掌握^(99)Mo生产技术并实现工程应用具有重要的现实意义。

加速器驱动次临界系统用嬗变核燃料研究进展分析

加速器驱动次临界系统(Accelerator driven subcritical system,ADS)是乏燃料安全处理处置关键瓶颈问题的优秀解决方案,而开发适用于该系统的嬗变核燃料正是ADS研发的关键任务之一。然而由于嬗变对象次锕系元素的固有特殊性质、嬗变燃料体系相关机理尚不十分明确、制备技术难度大、嬗变核燃料相关试验数据和运行经验的欠缺等原因,ADS用嬗变核燃料的研发十分复杂且极具挑战。本文系统综述了作为ADS重要候选嬗变燃料的氧化物弥散型燃料CERCER/CERMET、氮化物燃料和金属燃料的研究进展,包括制备工艺、辐照实验和辐照后检验结果、物性参数、主要优缺点等内容,以期为我国ADS用嬗变核燃料的研发提供一定思路和参考。

加速器驱动次临界快堆燃烧武器级钚的中子学研究

选取加速器驱动次临界快堆 (ADSFR)进行燃烧武器级钚研究。在堆芯内装载武器级钚 ,包层内装载 Th,选取液态钠为冷却剂。利用 L AHET程序模拟质子与靶核的相互作用 ;MCNP模拟次临界包层内 2 0 Me V以下的中子与材料核的相互作用 ;ORIGEN2利用 MCNP的输出提供的一群等效截面对堆芯进行燃耗计算。计算分析的结果表明 :满功率运行 30 0 d内 ,可以消耗掉 139.6 kg的 Pu,同时产生110 kg的 2 33U。可以得出结论 :考虑临界安全、功率密度和燃耗等因素 。

加速器驱动次临界快堆初装堆芯的功率密度分布展平

为了降低以 (U、Pu、Np、Am、Cm) O2 为燃料的加速器驱动次临界快堆 (ADSFR)堆芯径的功率峰因子 ,将堆芯精细地分为燃料高、低富集度区。采用耦合散裂中子源的产生 (L AHET)、中子输运 (MCNP)和核素燃耗 (ORI-GEN2 )等计算程序的 COU PL E程序系统进行计算分析。结果显示 ,在设定的 0 .97初始临界度下 ,富集度分割比为 1.5时将给出最有利的结果 :初始的全堆功率峰因子为 1.6 92 ;以 84 0 MW的热功率运行过程中 ,尽管全堆的功率峰因子不断升高 ,但至 30 0 d时 ,只达到 1.96 3。

次锕系元素在加速器驱动的次临界快堆中嬗变的研究

选取加速器驱动次临界快堆 (ADSFR) ,进行嬗变来自于PWR(U )乏燃料中次锕系元素的研究。在堆芯内 ,燃料为NpAmCm的氧化物 ,选取液态钠为冷却剂。利用下列程序对所选方案进行物理计算和分析 :LAHET 模拟质子与靶核的相互作用 ;MCNP4A 模拟次临界包层内 2 0MeV以下的中子与材料核的相互作用 ;ORIGEN2 利用MCNP4A的输出提供的一群等效截面对堆芯进行燃耗计算。计算分析的结果表明 :考虑临界安全、功率密度和燃耗等因素 。

加速器驱动的次临界快增殖堆中子学研究

选取加速器驱动的快堆作为核燃料增殖堆。在堆芯， 燃料形式为（Ｕ－ Ｐｕ） Ｏｘ。在转换区，ＴｈＯ２ 被选为增殖材料以生产２３３Ｕ。由于Ｐｂ 的中子学性能和化学性能优于Ｎａ，因而被选为冷却剂。利用下列程序对所选方案进行中子学计算分析：ＬＡＨＥＴ——模拟质子与靶核的相互作用； ＭＣＮＰ４Ａ——模拟次临界包层内２０ＭｅＶ以下的中子与材料核的相互作用； ＯＲＩＧＥＮ２——利用ＭＣＮＰ４Ａ的输出提供的一群等效截面对包层进行多区燃耗计算。中子学计算分析的结果表明： 考虑到临界安全性、功率密度、燃耗等因素，

加速器驱动的次临界10 MW气冷快堆物理方案研究

本文采用MCNPX与ORIGEN耦合的COUPLE2.0程序对加速器驱动的次临界气冷快堆进行了物理方案的设计和研究。计算得到了该方案350d燃耗期间的keff、质子效率、加速器束流强度、1 500K温度下的多普勒系数、功率峰因子等参数,并研究了该方案的安全特性;通过计算得到了该方案燃耗并分析了该方案的嬗变能力。结果表明,该方案在350d燃耗期间的keff、加速器束流强度、功率峰因子变化较小,在假想事故下仍保持较深的次临界状态,系统安全性能较好;燃耗较浅,嬗变支持比为20.28,具有较好的嬗变效果。

加速器驱动的次临界系统快堆次锕系核素非均匀布置堆芯的中子学研究

运用MCNP与ORIGEN2耦合计算程序COUPLE,对加速器驱动的次临界系统(ADS)钠冷金属燃料快堆堆芯进行稳态与燃耗计算,比较分析次锕系核素(MA)非均匀布置堆芯与均匀布置堆芯在MA嬗变效果与反应性参数方面的差异。计算结果表明：对比均匀布置,非均匀布置具有更高的MA嬗变率与嬗变支持比；在反应性参数方面,导致多普勒效应与有效缓发中子份额降低,钠空泡效应增大；在堆芯功率分布与加速器束流功率方面没有明显变化。

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。

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。

加装辅助停堆系统的加速器驱动系统次临界实验装置初步设计

针对现有加速器驱动核能系统概念设计中存在的安全隐患,采用MCNP程序设计了加装辅助停堆系统的次临界实验装置;通过改变热区栅距、热区厚度和控制棒的下插深度来改变堆芯参数,对反应堆有效增殖系数进行计算和比较分析,实现了不同堆芯参数下keff值可调;对几种不同热区栅距和热区燃料棒根数所对应的停堆深度和控制棒价值进行了计算,结果表明,辅助停堆系统提高了加速器驱动系统(ADS)的安全性。

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。

中国加速器驱动嬗变研究装置次临界反应堆概念设计

根据中国加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)的建设要求,完成了CiADS中次临界反应堆的概念设计。次临界反应堆为液态铅铋冷却快中子反应堆,采用半池式-半回路式的布置方式,通过主容器的中心管实现了与散裂靶在结构上的耦合。燃料组件及换料方式采用相对成熟的技术方案,设置了铅铋主冷却剂辅助系统,通过多种专设安全设施来保证反应堆的安全。CiADS次临界反应堆充分考虑了堆靶耦合界面的可实现性,利用了液态铅铋冷却剂良好的传热性,结合了池式堆冷却剂自然循环的特性及回路式堆冷却剂装量少的特性,具有良好的可行性、安全性、布置灵活性和技术扩展性。

加速器驱动铅铋冷却自然循环次临界堆束流瞬变事故研究

利用FDS团队(Fission&Fusion Design Study)开发的中子学与热工水力学耦合安全分析软件,对一种加速器驱动铅铋自然循环次临界反应堆的束流中断及束流超功率事故进行了模拟分析。计算结果表明:加速器驱动次临界洁净核能系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)次临界堆的功率对束流瞬变的响应几乎是瞬时的;事故工况下,自然循环会根据堆芯功率自动调整至重新达到稳定;失束时间越长,材料温度降得越低,功率瞬间恢复值越低,束流恢复后,材料温度回升的速度越快;束流200%超功率事故发生后堆芯功率最终稳定在初始功率值的192.2%,燃料温度增幅最大,为286 K,燃料和包壳不会发生损坏和熔化,冷却剂不会发生沸腾。

加速器驱动次临界堆芯中子学程序开发

加速器驱动的次临界系统(ADS)由于外中子源的存在导致堆芯中子通量密度分布强烈的各向异性,须采用中子输运方法进行计算。采用蒙特卡罗输运耦合燃耗方法进行设计计算效率很低,而传统反应堆两步法中堆芯计算采用中子扩散方法,对ADS并不适用。为此,开发了两步法堆芯确定论输运的次临界系统中子学分析程序,第1步组件计算采用超细群共振组件程序,产生堆芯计算所需的少群均匀化参数;第2步堆芯计算采用三维三角形离散坐标节块输运程序DNTR进行中子学计算,堆芯燃耗采用微观燃耗的方法进行计算。通过对多栅元燃耗、BN600基准题以及ADS均匀装料模型计算检验,表明该程序具有良好的计算精度和计算效率。

加速器驱动次临界产氚反应堆ADS-T中子学初步设计与分析

本文针对兼顾嬗变和产氚的铅合金冷却加速器驱动次临界反应堆ADS-T(ADS-Tritium),采用自主研发的大型集成多功能中子学计算与分析软件系统VisualBUS4.2和混合评价核数据库HENDL3.0,对散裂中子能量、产氚材料中6 Li丰度、结构钢材料、初始keff、中子能谱以及产氚组件摆放方式等产氚条件进行了敏感性分析。最后本文给出了年产氚千克级的ADS-T中子学初步方案,提供了一种有吸引力的氚生产途径。

工业加速器驱动次临界嬗变堆的设计分析

加速器驱动次临界嬗变堆是嬗变处置高放长寿命核素的有效装置之一。为高效嬗变次锕系核素(MA),本文提出一种工业加速器驱动次临界嬗变堆的设计方案,该方案采用铅铋合金作为冷却剂和散裂靶材料,燃料采用金属弥散体形式,堆芯采用三区不同惰性基质份额布料方案,运行功率为800MWt,循环长度为600有效满功率天,MA的嬗变率可达到328.8kg/a。

加速器驱动次临界钍焚烧堆初步中子学设计与分析

本文针对加速器驱动次临界系统进行钍资源利用的优势,提出了铅基加速器驱动次临界钍焚烧堆(CLEAR-Th)概念。该概念采用钍钚混合氧化物燃料,冷却剂采用液态铅铋,T91钢作为包壳材料和结构材料,初始有效增殖因数keff设计为0.98,1.5GeV能量的质子流强工作在10mA以内,使用大型集成中子学计算与分析系统VisualBUS和混合评价核数据库HENDL进行计算分析。初步结果表明:CLEAR-Th设计实现了稳定焚烧钍产能的设计目标,有望实现稳定的闭式钍铀燃料循环,并具有长寿命次锕系物质生成量低、固有安全性良好等特点。

加速器驱动次临界系统装置部件用材发展战略研究

加速器驱动次临界系统(ADS)由强流高能离子加速器、高功率散裂靶和次临界反应堆三大分系统组成。作为未来先进核裂变能——加速器驱动先进核能系统(ADANES)的重要组成部分,ADS装置的研发对推动我国能源革命、促进能源转型以及刺激核能行业创新发展具有重大作用。本文以ADANES研发为背景,阐述了ADS装置的研发现状、可能的发展趋势以及ADS部件对材料的需求,重点探讨了ADS装置中高功率散裂靶和次临界反应堆部件用关键材料的研发进展与存在问题,面临的发展机遇和挑战;最后提出了几点发展对策,力求助力我国ADS装置的建设与先进核裂变能技术创新,推动未来先进核裂变能的安全高效和可持续发展。

加速器驱动次临界系统注入器离子源控制系统

强流质子源及低能传输线是加速器驱动次临界系统(ADS)项目注入器的重要组成部分,为了保证其工作效率设计了一种基于实验物理及工业控制系统(EPICS)架构的远程控制系统。根据被控设备硬件接口的特点及控制需求分别采用可编程控制器(PLC)和串口服务器等作为控制部件,在主控机中使用LabVIEW编程实现了对系统内所有设备的监控,并借助于DSC模块把设备状态和参数等以过程变量的形式进行网络发布。设计的控制系统具有结构简单、工作可靠的特点,已经在系统调试中发挥了重要作用。