核热推进粒子球床堆堆芯物理建模及计算分析

利用MCNP程序对核热推进粒子球床堆堆芯进行物理建模,计算了堆芯临界物理参数,研究了堆芯燃料区均匀化等效建模对堆芯物理特性的影响。结果表明:合理的堆芯燃料均匀化处理可以极大地简化建模过程,中子有效增殖系数keff、中子能谱等参数的计算结果与实际模型相差均十分微小,一般情况下可以使用燃料区均匀化等效模型代替实际模型。

空间核热推进粒子球床堆堆芯设计参数敏感性分析

基于空间核热推进(SNTP)粒子球床堆的物理模型,研究了控制鼓外径与反射层厚度、10 B富集度及厚度、栅径比与高径比、燃料球体积填充率等对粒子球床堆堆芯设计参数敏感性的影响。结果表明:反射层厚度取决于控制鼓外径的选择;10B富集度及厚度对堆芯可控性影响较小;对于所选堆芯,存在最优栅径比,增大堆芯高径比可增加堆芯径向中子泄漏率,进而提高控制鼓的控制价值;随着燃料球体积填充率的增大,堆芯keff增大,中子泄漏减少,能谱变硬,燃料球体积填充率的变化对堆芯轴向、径向中子注量率不均匀因子影响较小。本文研究结果对粒子球床堆堆芯设计参数的选择具有指导意义。

空间核热推进粒子球床堆慢化剂温度效应分析

空间核热推进(SNTP)粒子球床堆(PBR)呈现正的慢化剂温度效应,影响反应堆运行安全。基于PBR堆芯物理模型,采用蒙特卡洛中子-光子输运程序(MCNP)对PBR堆芯慢化剂温度系数进行计算。从中子平衡的角度分析慢化剂升温前后堆芯内中子能谱、中子产生率、中子吸收率和中子泄漏率的变化。结果表明:7Li H升温后,堆芯总的中子消失率(吸收率和泄漏率)的增量要比中子产生率的增量少得多,使得PBR堆芯表现出正的慢化剂温度效应,且低温时正温度系数值较大。

氢化锂慢化剂正温度效应分析

为了深入剖析氢化锂慢化剂正温度效应产生的原因,基于空间核热推进(space nuclear thermal propulsion,SNTP)粒子球床堆(particle bed reactor,PBR)的物理模型,使用MCNP程序,从中子热化效应、氢化锂热膨胀效应和极限情况下氢化锂热离解效应3个方面进行慢化剂正温度效应分析。研究表明,在低能区,靶核的热运动、原子之间的化学键及不同中子波之间的干涉效应不能忽略,且随着温度的升高,靶核的激发态更易被激发,此时非弹性散射更易发生、中子更易获得能量,能谱硬化;氢化锂慢化剂正温度效应对PBR堆芯反应性的影响因素中,中子热化效应占主导地位,引入的反应性达到2 000pcm,氢化锂热膨胀效应和热离解效应影响较小,引入的反应性分别约为-130pcm和200pcm。