CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
TRISO包覆燃料颗粒放射性核素的产生及安全性分析
尹文静
Subtype硕士
Thesis Advisor朱智勇
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
Degree Discipline粒子物理与原子核物理
Keyword三结构同向性型(Tri-structural Iso-tropic Triso)包覆燃料颗粒 裂变气体 中子能谱 中子通量
Abstract固态燃料熔盐堆概念是由美国科学家于本世纪初首先提出的,其采用氟化物熔盐作为冷却剂,石墨作为慢化剂,三结构同向性型(Tri-structural iso-tropic,TRISO)包覆颗粒球形元件作为燃料。球形燃料元件分为燃料区和非燃料区,燃料区是由TRISO包覆燃料颗粒均匀分散在基体石墨中,非燃料区为基体石墨材料。TRISO包覆燃料颗粒由燃料核芯和四层包覆结构疏松热解炭层、内致密热解炭层、碳化硅层和外致密热解炭层组成。尽管四层包覆结构使燃料颗粒安全性大为增加,但是如果反应堆的运行环境超过它所能够承受的范围,也会导致包覆颗粒破损失效。因气体积累导致的压力壳式破损是TRISO包覆颗粒失效的主要机制。研究发现,包覆燃料颗粒内产生的气体主要包括裂变气体氙与氪、CO和CO2。温度为950℃时,燃耗在15%FIMA以内,裂变气体产生的内压约为CO和CO2产生量的四倍,且温度越低、燃耗越小时CO和CO2的产量越少。因此,分析裂变气体氙和氪的生成量以及其生成规律对于包覆燃料颗粒的安全运行具有重要意义。 论文首先利用ORIGEN2计算程序,研究了基于热堆的钍铀TRISO包覆燃料颗粒中裂变气体氙和氪的积累随中子能谱和中子通量的变化规律。计算结果表明,对于UO2核芯包覆颗粒,中子能谱、通量和运行时间均相同时,氙的生成量约为氪的7倍;在热中子能谱、较高中子通量条件下,随着运行时间的延长,氙和氪的生成量随时间成线性增加关系,分析表明这是氙和氪的其它前驱体与中子反应的结果。对于ThO2核芯包覆颗粒,中子能谱、通量和运行时间均相同时,氙的生成量约为氪的4.5倍;此外氙和氪生成量趋于饱和以及饱和生成量的大小均与中子能谱和通量有关,能谱越软,裂变气体氙和氪生成量越易达到饱和,但能谱较软时达到的饱和值较小;通量越高,裂变气体也将先达到饱和,且高通量下裂变气体的饱和生成量比低通量时要低。通过对裂变气体积累量的计算估计了ThO2包覆颗粒因内压导致破损的寿命值。 其次是应用MCNPX软件对2MW TMSR-SF1(Thorium Molten SaltReactor-Solid Fuel1)堆芯径向和轴向不同位置处钍铀燃料球内重要放射性核素和裂变气体氙和氪的生成规律进行了计算和研究,并计算和分析了钍球内钍燃料的利用率。计算结果表明,相同运行时间,2MW TMSR-SF1堆芯中心点处铀球内裂变气体氙的生成量约为氪的6倍,钍球内氙的生成量约为氪的3.7倍;MCNPX与ORIGEN2程序中较硬能谱下(PWRU和BWRU)钍铀燃料球内裂变气体生成量的随时间的变化趋势基本相同;且2MW TMSR-SF1的MCNPX模型钍铀燃料球内裂变气体氙和氪的生成量以及生成规律与ORIGEN2中BWRU.LIB的能谱下的结果最相近;在2MW TMSR-SF1堆芯顶部和底部以及外圈的钍铀燃料球安全系数较高,但其对应位置处钍球的钍燃料利用率较低。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/14815
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
Recommended Citation
GB/T 7714
尹文静. TRISO包覆燃料颗粒放射性核素的产生及安全性分析[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2014.
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