模塊化鉛冷快堆M2LFR--1000堆芯初步設(shè)計與燃料添加MA核素研究.pdf

1、在保證反應(yīng)堆安全性、經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，鈾資源的充分利用和高放廢物的最小化成為限制核能大規(guī)?？沙掷m(xù)發(fā)展的主要因素。而鉛冷快堆較硬的中子能譜可使其獲得優(yōu)良的中子經(jīng)濟性，實現(xiàn)核燃料的增殖與嬗變，有利于核能的可持續(xù)發(fā)展，并且其冷卻劑Pb化學(xué)惰性好、熱工特性優(yōu)良，可提高堆芯的安全性。
　　鑒于鉛冷快堆的諸多優(yōu)勢，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出一種具有工業(yè)應(yīng)用價值的中型模塊化鉛冷快堆M2LFR-1000方案。M2LFR-1000反應(yīng)堆在設(shè)計上基于現(xiàn)實可行

2、的技術(shù)，著重突出模塊化設(shè)計，使M2LFR-1000成為可實現(xiàn)燃料閉式循環(huán)的堆型，并在經(jīng)濟性和安全性方面具有一定的競爭力。本文利用MCNP程序和SRAC/COREBN2006程序進行了堆芯物理設(shè)計，并在其滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，開展堆芯添加次錒系核素MA的研究。
　　首先，在M2LFR-1000反應(yīng)堆頂層設(shè)計框架下給出了堆芯物理設(shè)計準則，完成了堆芯燃料棒、燃料組件、控制組件、啞組件的設(shè)計和材料選擇，并給出了堆芯初步布置。整個堆芯將35

3、5個燃料組件分為內(nèi)外兩區(qū)，將24個控制組件分為調(diào)節(jié)棒組和安全棒組，堆芯燃料區(qū)外部包含132個啞組件起屏蔽反射作用。
　　其次，對M2LFR-1000堆芯進行了初步計算，并對初始設(shè)計不合理的方面進行了優(yōu)化，調(diào)整了控制組件、燃料組件的分配和布置。優(yōu)化后的堆芯包含163個內(nèi)區(qū)燃料組件、192個外區(qū)燃料組件，12個調(diào)節(jié)棒組件和12個安全棒組件分散布置于堆芯。在優(yōu)化堆芯的基礎(chǔ)上進行了堆芯物理參數(shù)的研究，包括基本參數(shù)、動態(tài)參數(shù)以及控制系統(tǒng)分析

4、，其中，換料周期達到30個月、周期內(nèi)徑向組件功率峰因子為1.24、堆芯反應(yīng)性系數(shù)具有良好的固有安全性、控制系統(tǒng)滿足反應(yīng)性控制需求并留有一定裕度，堆芯各物理參數(shù)達到了設(shè)計準則的要求。
　　最后，在M2LFR-1000堆芯滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，開展堆芯燃料添加MA核素的研究。一方面，研究了添加MA核素對堆芯物理參數(shù)的影響，其中MA核素可降低燃耗反應(yīng)性損失，當其添加份額分別為2.5％、5.0％、7.5％、10％時，30個月內(nèi)的反應(yīng)性損失

5、由2052pcm下降為1397pcm、866pcm、416pcm、97pcm，對提高堆芯換料周期具有潛在價值。而MA核素會對反應(yīng)性系數(shù)、中子動力學(xué)參數(shù)、控制系統(tǒng)價值等帶來負面影響，為保證堆芯安全，MA核素的添加量不應(yīng)超過5.0％。另一方面，對MA核素在堆芯內(nèi)的嬗變效果進行了評估，堆芯具有良好的嬗變能力。例如，當MA核素在MOX燃料中的添加份額為5.0％時，堆芯的嬗變率RMA、比消耗CMA和支持比SMA分別為12.2％、74.6kg·(G