谱移吸收材料在特殊临界安全中的应用研究

特殊临界安全是空间反应堆(尤其是快中子堆)设计中需要重点考虑的问题,快中子空间反应堆一旦发生发射掉落事故掉入水、干沙或湿沙中,中子慢化能力增强,反应性上升,可能会导致反应堆发生临界安全事故,设计时需确保反应堆在各类掉落事故工况下始终保持次临界。谱移吸收材料(SSA)是一种共振能区中子比快中子能区中子吸收截面大得多的材料,将其应用于快中子空间反应堆中可以显著提升反应堆的临界安全性。以液态金属回路冷却快中子空间反应堆为研究对象,采用蒙特卡罗方法的MCNP程序建模计算,对梳理出来的5种SSA材料性能及湿沙含水量对于事故反应性的影响进行分类量化研究,以指导反应堆的特殊临界安全设计。研究结果表明,SSA材料的堆内使用及合理布置解决了反应堆的特殊临界安全问题。本研究成果可为后续相关堆型的临界安全设计提供有益参考。

钼铼合金在空间核电源中的应用性能研究进展

钼(Mo)中加入铼(Re)可显著改善钼的低温脆性进而提高其加工性能及焊接性能,提高强度的同时仍保持良好的塑性。Re元素含量为14%左右时,Mo-Re合金延伸率接近40%,加工性能最好,而同时存在一定的Re元素固溶强化作用。在1550 K以下温度,Mo-Re合金与UO 2的相容性较好。在1300 K以下时,Mo-Re合金与UN的相容性较好。在1800 K以下时,Mo-Re合金与碱金属Li、Na、K的相容性均较好。钼铼合金与核燃料及碱金属冷却剂均具有良好的相容性,且Re元素是一种较好的谱移吸收体材料,可有效降低反应堆临界事故风险。钼铼合金是空间核电源中最佳反应堆芯结构材料。本文对钼铼合金的研究状况进行总结,为国内相关空间核反应堆电源系统设计选材和研究提供参考。

小型移动式铅铋堆运输过程堆芯进水事故工况下临界安全问题研究

小型移动式铅铋堆由于在海岛、偏远地区等场景的应用需要,整堆运输的安全可行性成为必要设计目标之一。基于小型移动式铅铋堆自身特点,采用谱移吸收材料的反应性控制手段进行反应性控制方案研究,以确保整堆运输的临界安全。利用MCNP软件计算在运输过程、堆芯进水事故工况下表面涂覆不同厚度Gd_(2)O_(3)涂层的燃料芯块的有效增殖系数(k_(eff)),其中涂层厚度为50μm时满足临界安全要求;分析加入谱移吸收材料后堆芯的燃耗特性、功率分布和传热,验证表明其不影响堆芯正常运行,确定了此种反应性控制方案的可行性。

斯特林热电一体化空间堆电源研究进展

空间堆作为一种可以改写航天器用途的关键电源技术备受航天大国关注。阐述一种热电一体化空间堆构想,通过合并堆芯系统和热电转化系统,提高系统的比功率,实现非重力自动循环能力。提出斯特林热电一体化空间堆,并对其在掉落事故时的安全特性进行研究,分析堆芯高径比、谱移材料添加方式、反射层、掉落环境和燃料密实效应对中子有效增殖因子的影响,提出在UN燃料元件中增加3.8 at%的谱移材料^(151)Eu_(2)O_(3)的保证措施。研究结果表明,该方案符合在12种事故工况及密实效应发生时有效增殖因子均小于0.98的掉落安全准则。