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摘要:锂热管反应堆是空间核反应堆的主要堆型之一,而锂热管结构材料的性能直接影响着反应堆经济性与安全性.本文以美国新墨西哥大学HP-STMCs锂热管堆芯方案为研究对象,采用SuperMC程序对Nb-1Zr,PWC-11,Mo-14Re,W-4Re,T-111以及ASTAR-811C几种候选锂热管结构材料的中子经济性与掉落临界安全特性进行分析研究.结果表明,上述几种候选结构材料的中子经济性依次为:PWC-11≈Nb-1Zr>Mo-14Re>W-4Re>ASTAR-811C>T-111;其中使用PWC-11、Nb-1Zr、Mo-14Re以及W-4Re结构材料时其管壁厚度变化对反应堆的有效增殖因子无显著影响;发生掉落事故情况下,临界安全分析结果表明结构材料的谱移吸收价值为:T-111>ASTAR-811C>W-4Re>Mo-14Re>PWC-11>Nb-1Zr.综合考虑锂热管反应堆的中子经济性与安全性,推荐使用Mo-14Re合金作为热管结构材料....
摘要:行波堆是一种先进的核能系统,可以通过堆内易裂变核素和可转换核素的优化布置,在寿期内能够保持易裂变核素的总量恒定从而维持堆芯有效增殖因子稳定.铅基材料作为冷却剂不仅具有优良的热工性能和化学安全特性,而且具有更低的中子慢化能力和更小的俘获截面,尤其是208Pb,因此采用208Pb冷却的行波堆具有更优的物理性能.本文提出了一种208Pb冷却的行波堆堆芯初步设计方案,并使用SuperMC程序对方案进行计算和分析,其有效增殖因子(keff)在寿期内变化较小,稳态时为1.02左右,功率分布曲线随时间沿着轴向移动.其次,基于该堆芯设计方案,研究了不同点火区长度和富集度以及反射层材料对铅冷行波堆堆芯性能的影响.结果表明,点火区长度和富集度对铅冷行波堆稳态有效增殖因子无明显影响,但对功率分布影响较大;反射层材料对堆芯影响较大,208Pb作为反射层时,稳态时堆芯有效增殖因子最大,堆芯物理性能最佳....
摘要:随着核裂变能的不断发展,在提供清洁能源的同时也带来了核废料处理的问题,特别是长寿命的高放射性核素安全处置变得越发重要,通过核嬗变处理核废料是一种公认的行之有效的方法.基于Gas Dynamic Trap(GDT)磁镜装置的聚变中子源具有物理与工程技术难度小、中子通量高、结构紧凑成本低的优点,非常适合作为嬗变系统的聚变驱动器.本文初步设计一套GDT聚变中子源驱动的次锕系核素嬗变系统,其中,GDT聚变中子源作为嬗变系统的驱动器,能够提供两个长度达4 m、总中子产额达5.23×1018n/s的高中子通量区;次临界包层设计采用现有成熟的裂变反应堆技术.本文采用自主研发的中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC及混合评价核数据库HENDL进行了中子学计算及性能分析,初步分析结果表明该嬗变系统能够实现年处理95.1 kg的次锕系核素,嬗变支持比达到4.8,同时产生450 MW的电能,该嬗变系统具有较优的应用前景....
摘要:核电在改善空气质量方面具有重要的作用.本文对比了核电与煤电的空气污染物排放系数,根据空气污染物引起的死亡率与人均燃煤发电量的负指数幂关系,评估了中国通过发展核电在改善空气质量方面对居民的健康效益,并对未来的健康效益进行了分析.结果显示,发展核电能够避免的死亡人数在增加.据估算,1995—2018年,中国核电累计可避免约4.7万人因空气污染物死亡,可避免约22.6万人因空气污染物患病.2020—2030年,预计会避免8.3万~9.4万人死亡,避免39.7万~45.1万人患病....
[博士论文] 邹小亮
核能科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:行波堆通过点火区裂变中子驱动增殖区的238U转换和裂变,理论上可以利用增殖燃烧波的移动,将堆内装载的238U高效利用,是裂变能应用的一种理想途径。在传统的行波堆中,为了维持增殖燃烧波的行进,燃料组件需要承受的辐照远超过目前材料的允许限值,导致其实现难度较大。利用外中子源的驱动,可以在一定程度上降低材料的辐照,实现行波堆的功能,从而实现高燃料利用率和次临界固有安全性的兼顾,对核能的可持续发展有重要意义。本文提出了基于气动磁镜聚变中子源的次临界行波堆物理方案,通过中子源位置的主动调节,推动增殖燃烧波的行进,实现行波堆的功能。本文主要开展的研究工作具体包括:
  提出了一种利用气动磁镜聚变中子源驱动次临界行波堆堆芯设计方法。通过调节磁场强度分布和中性束注入位置实现中子源的主动调节,可用于驱动次临界行波堆,实现了行波堆的功能。在此基础上,阐述了气动磁镜聚变驱动铅冷行波堆的基本组成、物理原理以及中子学特点。
  开展了次临界铅基行波堆中子学设计与优化。基于设计原则与目标,以铅冷行波堆为参考方案,利用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC和混合评价核数据库HENDL为研究手段,开展不同堆芯关键参数对堆芯性能影响分析。研究结果表明,采用富集度12%的U-10%Zr金属燃料,208Pb作为冷却剂和反射层时,次临界行波堆堆芯具有较优的性能。当中子源初始位置位于20-100cm,移动速率为5cm/a时,其与次临界行波堆的增殖燃烧波速度匹配后性能最佳。
  开展了次临界铅基行波堆中子学瞬态安全分析。通过数值模拟的方式,针对气动磁镜聚变驱动铅冷行波堆堆芯开展中子学瞬态安全分析,重点关注次临界堆芯反应性引入和外中子源扰动两个方面。研究结果表明:扰动后经一定时间运行后,系统源强需求、堆芯有效增殖因数keff中子通量分布、功率分布和易裂变核素核子密度分布等参数都可以再次回到稳定状态,相比较于扰动前,扰动引入之后的参数基本保持一致。
  综上,本文提出一种气动磁镜聚变驱动铅冷行波堆堆芯设计方案,开展了次临界铅基行波堆中子学优化与分析,完成了气动磁镜聚变驱动铅冷行波堆中子学概念设计方案,在此基础上,并开展了气动磁镜聚变驱动铅冷行波堆中子学瞬态安全分析,为次临界行波堆堆芯安全设计与分析提供参考。
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