發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 07:27

　　 行波堆通過點(diǎn)火區(qū)裂變中子驅(qū)動增殖區(qū)的238U轉(zhuǎn)換和裂變,理論上可以利用增殖燃燒波的移動,將堆內(nèi)裝載的238U高效利用,是裂變能應(yīng)用的一種理想途徑。在傳統(tǒng)的行波堆中,為了維持增殖燃燒波的行進(jìn),燃料組件需要承受的輻照遠(yuǎn)超過目前材料的允許限值,導(dǎo)致其實(shí)現(xiàn)難度較大。利用外中子源的驅(qū)動,可以在一定程度上降低材料的輻照,實(shí)現(xiàn)行波堆的功能,從而實(shí)現(xiàn)高燃料利用率和次臨界固有安全性的兼顧,對核能的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文提出了基于氣動磁鏡聚變中子源的次臨界行波堆物理方案,通過中子源位置的主動調(diào)節(jié),推動增殖燃燒波的行進(jìn),實(shí)現(xiàn)行波堆的功能。本文主要開展的研究工作具體包括:提出了一種利用氣動磁鏡聚變中子源驅(qū)動次臨界行波堆堆芯設(shè)計(jì)方法。通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度分布和中性束注入位置實(shí)現(xiàn)中子源的主動調(diào)節(jié),可用于驅(qū)動次臨界行波堆,實(shí)現(xiàn)了行波堆的功能。在此基礎(chǔ)上,闡述了氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆的基本組成、物理原理以及中子學(xué)特點(diǎn)。開展了次臨界鉛基行波堆中子學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化�；�于設(shè)計(jì)原則與目標(biāo),以鉛冷行波堆為參考方案,利用中子輸運(yùn)設(shè)計(jì)與安全評價(jià)軟件系統(tǒng)SuperMC和混合評價(jià)核數(shù)據(jù)庫HENDL為研究手段,開展不同堆芯關(guān)鍵參數(shù)對堆芯性能影響分析。研究結(jié)果表明,采用富集度12%的U-10%Zr金屬燃料,208Pb作為冷卻劑和反射層時(shí),次臨界行波堆堆芯具有較優(yōu)的性能。當(dāng)中子源初始位置位于20-100 cm,移動速率為5 cm/a時(shí),其與次臨界行波堆的增殖燃燒波速度匹配后性能最佳。開展了次臨界鉛基行波堆中子學(xué)瞬態(tài)安全分析。通過數(shù)值模擬的方式,針對氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆堆芯開展中子學(xué)瞬態(tài)安全分析,重點(diǎn)關(guān)注次臨界堆芯反應(yīng)性引入和外中子源擾動兩個(gè)方面。研究結(jié)果表明:擾動后經(jīng)一定時(shí)間運(yùn)行后,系統(tǒng)源強(qiáng)需求、堆芯有效增殖因數(shù)keff、中子通量分布、功率分布和易裂變核素核子密度分布等參數(shù)都可以再次回到穩(wěn)定狀態(tài),相比較于擾動前,擾動引入之后的參數(shù)基本保持一致。綜上,本文提出一種氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆堆芯設(shè)計(jì)方案,開展了次臨界鉛基行波堆中子學(xué)優(yōu)化與分析,完成了氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆中子學(xué)概念設(shè)計(jì)方案,在此基礎(chǔ)上,并開展了氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆中子學(xué)瞬態(tài)安全分析,為次臨界行波堆堆芯安全設(shè)計(jì)與分析提供參考。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL351.1
【部分圖文】：

報(bào)告顯示：到２０１８年５月，全球在運(yùn)的核電機(jī)組總量為４５０臺，總裝機(jī)容量超??過了?３．９３億千瓦，在建核電機(jī)組５７臺，總計(jì)裝機(jī)容量達(dá)５８５３．５萬千瓦⑴，其中??中國、俄羅斯和印度等國核電發(fā)展速度非常明顯，如圖丨．１和圖１．２所示。??圖ｉ．ｉ世界核電站分布圖??１??

基于氣動磁鏡ＧＤＴ?（Ｇａｓ?Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｔｒａｐ）的聚變裝置是理想的行波堆驅(qū)動中??子源。ＧＤＴ的原理是磁鏡較低溫度的等離子體中平面位置注入高能中性束粒子，??與靶等離子體作用形成的快離子。圖１．４給出了氣動磁鏡結(jié)構(gòu)示意圖。由于磁矩??守恒，快離子會在磁鏡中來回反射，并在磁鏡兩端折返點(diǎn)區(qū)域聚集進(jìn)而發(fā)生聚變??反應(yīng)，由此形成兩個(gè)軸對稱的高通量中子區(qū)。同時(shí)其聚變等離子體區(qū)域可以沿軸??向自由調(diào)整，在無需對裝置進(jìn)行改造的情況下，通過調(diào)節(jié)磁場實(shí)現(xiàn)高通量中子區(qū)??５??

了一種完全自動的裂變反應(yīng)堆，其核燃料增殖燃燒波被點(diǎn)燃后在堆芯軸向緩慢傳??播。這種反應(yīng)堆只需要天然鈾、貧鈾或釷作為核燃料，不需要進(jìn)行濃縮或后處理。??圖１．５給ｉ了以釷為燃料的堆芯幾何布局。??〈＼＼＼?＼＼＞、巧??Ｔｈ?＋１０％?Ｕ２３３?（ｍｅｔａｌ）?ｇｍ／ｃｃ］?／??／?［ｐ＝１２．４?ｇｍｙｃｃ）?／）?／?／?／?／?／?／?／?．／—）??圖１．５釷基行波堆模型??此后許多研宄人員對這種新型反應(yīng)堆進(jìn)行了分析研宄。Ｖａｎ?Ｄａｍｌ２３＿２５ｊ基于一??維擴(kuò)散方程得到了一個(gè)精確的孤波解，該方程具有給定的拋物線燃耗函數(shù)和二次??冪反饋項(xiàng)。ＳｅｉｆｒｉｔｚＰＴ基于在一維擴(kuò)散模型，通過對燃耗方程進(jìn)行簡化并忽略反饋??項(xiàng)，得到了孤波解。Ｆｏｍｉｎ等人１２８？１通過耦合瞬態(tài)擴(kuò)散模型和燃耗方程，解決了??燃燒波的起動和傳播問題，并證明了自發(fā)的增殖燃燒波的可行性。ＣｈｅｎＸｕｅｎｏｎｇ??等人％＿３３１通過耦合單群擴(kuò)散方程和近似處理的燃耗方程，對行波堆燃燒機(jī)理進(jìn)行??研究，并得到了行波堆燃燒的孤波解。??日本東京工業(yè)大學(xué)Ｓｅｋｉｍｏｔｏ及其研宄團(tuán)隊(duì)對行波堆進(jìn)行了深入的數(shù)值研究??１３４４吣其研宄結(jié)果表明，燃料核素密度、中子通量和功率密度的分布將以相同的??恒定速度運(yùn)動并且其形狀沒有任何變化
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2880455