CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2020年
一种钍基熔盐实验堆的钍利用与转换特性研究
陈鹏
Subtype硕士
Thesis Advisor邹杨
2020-06-01
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Keyword钍基熔盐堆 钍铀燃料循环 增殖 转换 锕系核素
Abstract2011年,中国科学院瞄准核能领域国家重大战略要求,启动了“未来先进核裂变能——钍基熔盐堆核能系统”战略性先导科技专项,正在建设一座2MW的液态燃料钍基熔盐实验堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel)。由于该方案为热中子谱实验堆,设计功率小,不具备大规模用钍及钍铀增殖的能力,但在现有的设计方案基础上,可以进行钍铀转换实验的论证,开展相关理论分析及放化取样检测分析方法的验证,为后续高功率钍铀增殖堆的设计研发提供技术支撑。因此,本文以一种钍基熔盐堆模型为背景,开展燃料中不同Th添加量对Th利用与转换特性研究。本文采用MCNP5(Monte Carlo N Particle Transport Code)程序建模,并利用朱贵凤博士开发的MOBAT(burnup code coupled with MCNP and ORIGEN2 using BATch language)燃耗程序进行燃耗计算分析。MOBAT程序目前已经通过热堆和快堆等多个基准题的验证,可以运用于氟盐冷却球床高温堆、氟盐冷却板状高温堆和固态燃料熔盐冷却快堆的设计和优化。本文以一种功率为2MW的钍基熔盐堆模型为背景,对堆芯燃料中不同Th添加量下的Th利用与转换特性开展研究。首先,分析不同质量的钍对堆芯参数影响,进行两组模拟计算:A组,通过调整燃料盐中基盐(LiF-BeF_2-ZrF_4)和添加盐(LiF-UF_4)的配比,使堆芯有效增殖因数keff=1.02,并往临界堆芯中加入不同质量Th,分析不同Th添加量对堆芯参数的影响;B组,由于A组中加入不同质量Th后使得有效增殖因数keff下降,为了使初始有效增殖因数维持在1.02附近,需继续往燃料盐中加入适量的~(235)U(添加盐),分析加入不同质量Th且初始有效增殖因数在k=1.02时对堆芯参数的影响。通过分析两组模拟计算中不同Th添加量对重金属摩尔占比、反应性、密度以及添加盐LiF-UF_4的装载量,得出结论:想要满足一定的Th消耗利用,燃料中Th质量不易过大,应选在百公斤级别。通过进一步研究B组,对其进行满功率运行300天燃耗计算,分析CR、Th消耗率(燃耗末期消耗掉的Th质量/燃耗初期Th添加量)以及~(235)U的装载量,得出结论:Th添加量在100kg以内时,具有较大的Th消耗率和CR增加速率以及较低的~(235)U装载量。为进一步研究百公斤内Th添加量的转换特性,本文选取了5组计算对象:10kg、20kg、50kg、80kg以及100kg_Th添加量。对Th-U链上关键核素演化,氙中毒、钐中毒,中子能谱以及放射性源项进行了相关分析。结果表明,随着Th添加量的增加:~(135)Xe和~(149)Sm平衡浓度会增加;中子能谱变硬;主要的裂变产物浓度随时间的演化曲线变化不大;锕系核素233U和234U浓度增加,而次锕系核素(~(241)Am、~(242)Am、~(243)Am、~(242)Cm、~(243)Cm)的浓度下降;活化产物的总放射性活度变低,锕系元素的总放射性活度变高,裂变产物总放射性活度不变。对比分析可知,在百千克级别内的Th添加量越高,Th的利用与转换特性表现尤为突出。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/32513
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2020年
Affiliation中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
Recommended Citation
GB/T 7714
陈鹏. 一种钍基熔盐实验堆的钍利用与转换特性研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所),2020.
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