磁镜聚变增殖堆概念设计初步报告

为满足下世纪上半叶核能迅速发展的需要,设计了为轻水堆提供充足核燃料的磁镜聚变增殖堆CHD。增殖堆能满足10个以上同等规模功率轻水堆的核燃料的需要,它可以在不需要进行再处理的情况下直接加浓燃料。为了抑制靠近等离子体区域的裂变,对压平的功率强度进行了计算。用这种办法,增强了直接加浓聚变增殖堆的燃料生产。为了减少MHD的压降,冷却剂LiPb轴向流入再生区。虽然在反应堆中氚的投料量很低,为了减少氚通过冷却剂管的渗透,必须研制特殊材料。由11个轻水堆电站和一个聚变增殖堆组成的系统的电成本为传统的轻水堆电站的1.05倍。     

磁镜聚变增殖堆概念设计

抑制裂变型聚变增殖堆能给10个以上同规模的水堆补给燃料,借助于水堆的经济性能而具有经济上的可行性。设计了这类型的磁镜增殖堆CHD。等离子体半径48厘米,中心室长128米。采用Be作中子增殖剂,生产U-233加浓燃料直接用于水堆。本设计通过燃料增殖剂Th的适当的布置使靠近等离子体区域的裂变得到抑制。U-233在包层中的浓度分布较均匀,因而包层可以整体装卸料。年产U-233 4200kg。此外进行了热工水力、应力、屏蔽、氚在堆中的分布与漏失、放射性、停堆余热和剂量率、电站费用和经济性等分析计算。     

聚变堆增殖包层概念特征比较研究

在广泛调研国际上现有的聚变堆包层概念的基础上,对聚变堆包层的发展现状和需要解决的关键问题进行了总结。从工程可行性、氚增殖提取与控制特征、经济性以及安全和环境影响方面对固态和液态氚增殖剂包层进行了比较分析,系统阐述了各种包层概念的优缺点,从现实可行性与发展潜力方面为未来聚变堆包层概念发展提出建议。     

聚变-裂变燃料工厂概念设计

报道了正在进行的一项聚变-裂变燃料工厂的概念设计计划,它的主要内容是进行参量系统的分析和进行一些关键性的实验与技术研究,并通过这些研究来探讨在中国建立聚变-裂变燃料工厂来支持PWR核电站的必要性和技术可行性,为下世纪初在中国建立一座实验性的聚变-裂变混合堆作可行性和方案性研究。已有的研究表明,在现有物理与技术基础之上,已有可能建成有意义的,以生产裂变燃料为主的聚变-裂变混合堆。     

混合堆增殖乏燃料组件中子学特性初步研究

本文主要对聚变-裂变混合堆增殖乏燃料在压水堆组件中使用的可能性进行了初步研究。根据聚变 裂变混合堆增殖乏燃料的特点,给出了的聚变-裂变混合堆增殖乏燃料压水堆组件设计方案,分析组件的燃料温度系数、慢化剂温度系数等参数。结果表明：聚变 裂变混合堆乏燃料组件的特性与全铀组件的特性相似。在相同的易裂变同位素质量百分比情况下,本文给出的组件设计方案的功率不均匀系数更小。研究结果可为未来实现聚变 裂变混合堆和压水堆联合循环系统提供技术支持。     

聚变裂变混合堆钍基增殖锕系元素嬗变包层中子学初步研究

聚变裂变混合堆比纯聚变堆在工程及技术方面要求低,且在产生核燃料、嬗变长寿命核废料以及固有安全性方面具有一定优势,因此,越来越受到人们的重视。增殖包层是混合堆系统的关键部件,已有的包层研究基本上是基于较成熟的铀-钚燃料循环技术。针对我国铀资源相对较少而钍资源较丰富的现状,本文就一种新型的钍基燃料增殖锕系元素嬗变包层进行了初步的中子学研究,利用一维离散纵标法燃耗程序BISONC以及Monte-Carlo粒子输运程序MCNP,对包层的关键核参数,诸如氚增殖比、少量锕系元素的嬗变质量、233U产量以及热功率等,进行了较详细的计算分析。计算结果表明,生成的核燃料233U的富集度可达到3.65%,从而满足压水堆燃料富集度要求。分析结果为下一步的包层优化设计提供了依据。     

聚变实验增殖堆He冷包层中子学设计研究

在一维计算的基础上，优化分析聚变实验增殖堆Ｈｅ气冷却包层设计参数对堆中子学性能的影响，给出了年产生１００ｋｇ钚、氚自持、安全性好的包层初步设计方案，并用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ输运程序ＭＣＮＰ３Ｂ对此方案进行了三维中子学计算校核。     

聚变驱动次临界堆概念设计研究

在深入分析相关领域研究发展状况的基础上,提出一个可实现核废料嬗变、可裂变重金属核燃料和氚核燃料增殖、产能等多种功能的次临界反应堆概念。概念有托卡马克实验装置参数适量外推的等离子体物理和技术水平的聚变堆芯、高压He气/液态LiPb双冷却系统嬗变包层。介绍了系统基本概况和参考结构形式,阐述了系统聚变等离子体物理学、包层中子物理学和包层热工水力学设计的基本原则和主要工程约束限制条件,指出系统相关的安全和潜在环境影响问题,给出典型的参考设计参数。     

聚变—裂变实验混合堆材料研究现状

本文介绍聚变-裂变实验混合堆第一壁初步概念设计的特点和要求,结构材料和衬瓦材料研究计划;低通量聚变中子、高通量裂变中子,a~-,P~-、C~+等带电粒子和高能电子照射前几种奥氏体不锈钢的微观结构和性能;带电粒子照射后的组织变化及肿胀行为初探;低各向异性度石墨和不同工艺条件下涂层的C~+SiC抗H~+溅射和抗电子束热震行为。500℃,1.8-4.7MeV的a~-粒子束和1.5MeV质子束分别照射至10~(18)a/cm~2和3.7×10~(19)P/cm~2,固溶退火的316SS的肿胀率为8%,20%冷加工316SS和316(Ti)SS的性能优于316LSS。     

聚变—裂变混合堆及其在我国核能发展中的作用

本文概要介绍聚变和聚变-裂变混合堆基本原理及其作用。聚变-裂变混合堆可以为压水堆或快堆提供充足的核燃料。它和压水堆或快堆组成的系统具有经济可行性。在解决我国核能发展中燃料短缺问题和促进纯聚变能源的发展方面可望发挥重要的作用。     

球环型产氚聚变堆概念设计研究

该研究基于球环类型的先进氚生产堆概念而设计,是聚变能发展的中间应用。与传统托卡马克氚生产堆不同,该设计利用球形环的先进等离子体物理性能和紧凑的结构特征,尽量利用真空室内的空间安置氚生产包层以减少氚泄露而增加氚增殖率,相应的堆利用因子为 40%。在二维中子学计算的基础上提出了较为完整的初步概念设计。在逐项分析的基础上对设计的风险、不确定性和后备方案也做了概括的解释。为下一步更详细具体的概念设计提供了直接的依据,具有重要的参考价值。     

聚变-裂变混合堆外中子源效应

聚变-裂变混合堆(FFHR)作为聚变驱动次临界系统(FDS),具有良好的物理性能,能够实现产能、氚增殖、嬗变核废料等功能。采用COUPLE程序研究了水冷混合堆包层的铀水比和中子倍增剂对中子源效率的影响。结果表明:包层能谱越硬,外中子源效率越高;适当加入中子倍增剂Be可使外中子源效率增加。研究结果对进一步改进聚变-裂变混合堆的概念设计具有一定的指导意义。     

聚变增殖堆液态金属Li自冷包层的热工水力分析

完成了托卡马克商用混合堆 TCB(Tokamak Commercial Breeder)Li 自冷包层设计的热工水力分析,讨论了热工水力设计中的一些关键问题。用两维有限元热传导程序 AYER 计算了 TCB 包层的温度分布,用液态金属 MHD(Magnetohydraudynamic)压降公式计算了包层的压降。同时,还分析了包层冷却剂丧失事故 LOCA 的瞬态热工过程。分析表明,正常工况下,包层结构材料最高温度,结构材料与冷却剂界面最高温度,以及包层总压降都满足堆设计要求。在 LOCA 工况下,如果停堆后1小时内包层中的燃料球能够借助重力卸出包层,第一壁和包层是安全的,并且不会受到损伤。     

聚变－裂变混合堆安全性初探

对聚变－裂变混合堆的安全性进行了初步分析和探讨．主要利用改进后的混合堆放射性程序ＦＤＫＲ对混合堆产生的核废物及放射性进行计算，并将结果与压水堆、高温气冷堆和液态金属冷却快中子增殖堆进行了比较。结果表明，混合堆与裂变动力堆相比有较好的安全性。     

聚变裂变混合堆中子学分析软件开发

聚变中子源驱动次临界系统具有系统结构复杂、中子能谱跨度大等特点。借鉴传统反应堆2步法的基本思想,开发适用于次临界系统设计计算的中子学分析软件——NAPTH。NAPTH的组件计算由DRAGON4程序完成,堆芯计算使用MCNP程序的多群功能完成。验证结果表明,NAPTH对IAEA ADS基准题的计算结果和其他国家的计算结果符合很好;对于压力管式聚变裂变混合堆,程序具有较高的计算精度和计算效率,适合压力管式混合堆的设计计算。     

聚变实验增殖堆氚系统设计研究(英文)

介绍了核工业西南物理研究院聚变实验增殖堆工程概要设计(FEB-E)中的氚系统设计研究。第一部分介绍包层氚增殖区的划分、几何尺寸、装料特征和用蒙特卡罗程序计算得到的液态锂中的氚浓度分布;第二部分描述根据聚变堆氚物理基础构造的氚循环系统,共分成 10 个子系统及它们之间氚的流程图。运用研制的程序SWITRIM 计算了各个子系统中的氚投料量随时间的变化,满功率运行一年后各个子系统中的氚投料量。研究结果表明起动 143 MW 聚变功率 FEB-E 堆所需要的初始氚投料量大约为 319 g。第三部分对不同的运行状态下的氚泄漏问题进行了分析。潜在的氚泄漏危险可能来自于偏滤器系统从等离子体中抽出的气体。得到的结论是提高FEB-E 堆芯等离子体的燃耗份额从而减少氚的通过量对降低氚的泄漏危险是重要的。     

托卡马克商用混合堆堆内燃料循环优化设计

简要介绍了聚变－裂变混合堆难内燃料循环研究的方法、程序和程序的改进，提出了适用于托卡马克商用混合堆ＴＣＢ设计的３种堆内燃料循环模型，研究了堆内燃料的装卸模式与增殖燃料２３９Ｐｕ生产量的关系，增殖燃料加浓度的选择，提出了抑制裂变直接加浓核燃料概念，并给出了有关的计算结果。结果表明，在ＴＣＢ设计中，采用抑制裂变直接加浓核燃料模式，可实现年产２３９Ｐｕ燃料２２００ｋｇ且加浓度大于３％。结果还表明，采用分区卸料方式，可有效地减小系统的功率摆动和裂变率，这对商用混合堆设计尤其重要。