超临界二氧化碳冷却反应堆空泡反应性研究

由于二氧化碳本身的慢化能力较弱,因此超临界二氧化碳冷却反应堆通常具有较硬的能谱,在冷却剂丧失事故发生时容易出现由正反应性反馈引入的安全问题。本文针对超临界二氧化碳反应堆的能谱特点,提出了描述其中子循环过程的三因子公式,并将冷却剂丧失对反应性的影响拆分为能谱项和泄漏项,作为进一步研究的理论依据。基于蒙特卡罗模拟方法,对美国麻省理工大学提出的超临界二氧化碳冷却反应堆堆设计方案进行了建模计算和验证,分析了径向反射层、添加慢化材料的影响。研究结果表明:超临界二氧化碳反应堆的设计需要注重能谱的软化与合理的堆芯几何设计,通过分区设置慢化材料的方案可以展平通量、软化能谱,同时降低冷却剂丧失事故引入的反应性;以超临界二氧化碳作为反射层材料,可以通过增大冷却剂丧失事故时的泄漏率在保证中子经济性的同时实现较低的空泡反应性;在进行超临界二氧化碳反应堆设计时,需综合考虑空泡反应性随燃耗的变化,并可以通过优化燃料核素组成来降低空泡反应性。

改进Flower型超临界水冷快堆负空泡反应性初步分析设计

超临界水冷快堆结构简化,堆芯功率密度高并且不存在沸腾危机,是一种比较有前途的先进核能系统.但潜在的正空泡反应性系数是需要认真考虑的安全问题.本文建立了改进Flower型超临界水冷快堆堆芯模型,并通过对堆芯分区布置,冷却剂密度分层、MOX燃料合理设计、燃料富集度轴向分层布置,blanket组件盒厚度增加及内部通道采用贫铀冷却的方案,获得了负的空泡反应性系数,初步达到了堆芯的安全设计要求.

CEFR钠空泡反应性效应试验测量与计算分析

本文介绍了中国实验快堆物理启动试验中钠空泡反应性效应测量试验的试验程序及测量结果评估,测量结果显示中国实验快堆典型位置钠空泡反应性价值皆为数值较大的负反应性,结果符合试验验证要求,验证了组件瞬间堵流事故专设监测系统的信号基础。并对试验进行了计算分析,试验前的分析为试验提供支持,试验验证了计算分析程序系统。

大型MOX燃料快堆钠空泡反应性微扰理论研究

钠空泡反应性效应是钠冷快堆核设计和安全分析的重要内容。本文基于多群节块扩散法,采用微扰理论推导出钠空泡反应性的计算方法,对1 000 MWe钠冷快堆MOX燃料堆芯的总钠空泡反应性、空间分布、物理分项进行了计算。结果表明,钠空泡反应性主要来源于中子泄漏的增加和能谱的硬化,两者一正一负,且空间分布规律相反,导致钠空泡反应性具有强烈的空间依赖性;对于所计算的MOX燃料堆芯钠空泡反应性高达3$左右。计算和分析结果阐明了钠空泡反应性的产生机理和分布规律,可为低钠空泡的设计提供参考。

一体化快堆的内增殖性能研究

为达到高燃耗、低后处理量、长换料周期,一体化快堆以高内增殖为设计方向。本文研究了棒径和P/D(栅距与棒径之比)两个主要堆芯设计参数与内增殖间的关系,研究了降低钠空泡反应性的措施对内增殖的影响。结果表明,棒径的增加和P/D的降低能够显著提高内增殖,为了降低钠空泡效应而增加上钠腔并降低堆芯高径比会造成内增殖的损失。棒径与P/D的具体取值应在物理与热工之间寻求平衡,而对钠空泡反应性应从反应堆整体安全设计上缓解,一体化快堆的设计应以内增殖性能和高效的闭式燃料循环为主要目标。

改进型快谱超临界水冷堆增殖特性初步研究

建立改进型快谱超临界水冷堆(SCFR-M)堆芯模型,探讨点火区燃料棒直径和增殖区水棒直径对堆芯转换比的影响,得到合理的燃料组件设计形式。设计计算6种不同堆芯布置下的增殖特性和空泡反应性,分析燃料组分对堆芯转换比和空泡反应性系数的影响。结果表明:减小氢原子数与重金属原子数之比(H/HM),增加堆芯增殖组件数目并采用合理布置可在满足负空泡反应系数的同时提高转换比;降低燃料中PuO2质量分数可以使转换比大幅增加,同时使堆芯的空泡反应性系数有更大负值;当点火组件采用PuO2质量分数为20.8%的MOX燃料,增殖组件采用235U富集度为0.2%的UO2燃料,方案6的设计可以使堆芯的初始转换比达到1.04395,并且空泡反应性系数为负,初步达到快谱超临界水冷堆的增殖要求。

新型快堆──铅冷快堆的堆物理特征

讨论了以重金属铅作为冷却剂的快中子核反应堆的基本堆物理特征。铅由于其慢化截面小，输运截面低，对于快中子堆带来一系列的特点，铅冷快堆具有较大的冷却剂－燃料体积比，较小的功率密度，较硬的中子能谱，负的空泡反应性效应和负的温度反应性系数。这些特性揭示了铅冷快堆具有固有安全性的多种因素。

增殖比可调快堆堆芯方案设计

增殖比可调快堆是指在不对堆芯设计进行重大改动的条件下实现增殖比可调的快中子反应堆。这一思想使快堆设计可先于工业发展需求，实现对核能形势的动态响应。为实现更大的增殖比，选择了增殖性能更为优异的金属燃料，堆芯采取非均匀布置，轴向和径向布置有使用压水堆乏燃料的增殖区。利用SRAC／COREBN软件包和自行编写的换料耦合脚本为工具，提出了具有不同增殖比的钠冷快堆堆芯方案设计。在同一个堆中，使用相同的燃料，仅通过改变组件数量及堆芯布置，便可实现增殖比在1．0～1．4范围内的可调。计算结果表明，各增殖比方案下的空泡反应性和最大线功率等参数均满足快堆设计要求。

改进Flower型超临界水冷快堆初步增殖研究

超临界水冷快堆集快堆和轻水堆两种特性。整个堆芯冷却剂流量仅为现BWR的1/8,中子能谱硬于普通PWR,故有一定的核燃料增殖能力。本文建立不同Flower型超临界水冷快堆堆芯物理模型,研究堆芯分区布置、冷却剂密度分层、seed及blanket组件P/D值设计、MOX燃料设计、燃料富集度分区分层布置、blanket内部通道采用贫铀冷却等方案,分析堆芯的空泡反应性、功率分布及增殖比。通过比较,得到了超临界水冷快堆的优化设计方案。