液态重金属冷却剂晃动响应特性研究

铅基堆采用液态重金属冷却剂并具有池式布局的特点,与传统压水堆中冷却剂密度低、回路式布局相比,地震载荷作用下重金属冷却剂晃动对反应堆容器和堆内结构产生的冲击和振动模式显著不同。本文基于双向流固耦合的有限元方法,开展液态重金属反应堆的载液堆本体的地震响应分析,研究冷却剂类型、支撑形式和高径比等因素对堆容器内冷却剂晃动效应的影响。计算结果表明:液态重金属相对轻质冷却剂,其地震响应非等比增加,流体动力粘度对大尺寸反应堆的流固耦合作用不显著;不同支撑方式在支撑处有应力集中,整体表现为梁式振型对支撑方式不敏感;不同充液比激发的振动模态类似,充液比越小,最大应力强度点越往底封头集中。这些结果可为液态重金属反应堆的结构安全设计提供参数化依据。

液态重金属反应堆燃料棒及控制棒设计

旨在从中子学角度分析液态重金属快堆燃料棒和控制棒的物理特性,以支撑其结构设计及材料选型。使用快中子反应堆分析程序SARAX对燃料棒的液铀比选择、径向功率分布、包壳材料选型、反射层材料选型,控制棒径向结构设计、吸收体材料选型、慢化结构设计进行计算分析。计算结果表明:燃料棒栅元K_(inf)与液铀比呈线性关系,液铀比的选择更多需要考虑载热因素。燃料棒包壳优先选择铁素体/马氏体钢材料。活性段轴向两端反射层材料可选择钢类材料。基于Pu迁移现象分析结果,当前物理计算程序中均未耦合Pu迁移现象,计算得到的功率分布相对均匀,导致燃料中心温度计算结果偏不保守。控制棒采用细棒设计能有效降低自屏效应,但会降低空间利用率。快堆常用B_4C作为吸收体材料。控制棒吸收体外包裹慢化体能使中子能谱软化,B-10中子吸收截面大幅上升,提高控制棒价值。同一外径下,纯吸收体芯块的棒价值小于使用慢化体(ZrH_2)包裹的芯块。