行波堆自稳特性分析

行波堆是一种采用“边增殖边焚烧”一体化模式的革新概念快堆，由点火区和增殖区组成，主要工作过程包括点火启动、行波形成、波稳定传播和寿期熄灭等阶段。本文通过理论分析和数值模拟相结合的方式对行波堆在点火和稳定传播阶段受扰动后的响应进行研究，结果表明行波在微小扰动下具有自稳特性。     

行波堆燃烧机理研究

本文介绍了行波堆(TWR)燃烧原理的数学模型和数值解法,特别针对行波堆平衡态燃耗方程推导和求解以及行波燃烧速度的求解作了详细分析.通过对某1000 MW行波堆堆芯平衡态物理热工耦合计算分析,证明了行波堆原理的可行性和高效的核燃料利用能力,以及优异的堆芯综合性能.     

行波焚烧模式的理论分析与初步计算

行波焚烧模式是一种即时原位增殖焚烧模式。本工作从理论上进行初步分析,得出行波焚烧的物理图像。利用欧洲快堆计算程序ERANOS进行二维圆柱模型的方案分析,得到行波焚烧的基本物理特点。结果表明,行波堆在中子学上是可行的,且具有一些很好的物理特性。     

行波堆堆芯设计初步研究

对工程可行的大型行波堆堆芯概念设计和核燃料优化设计进行分析,并对行波堆的运行、控制进行研究。分析结果表明,行波堆的固有安全特性能够有效地保证其运行安全。优化设计可实现从开始启堆就得到展平的径向中子注量率分布,并随着行波的燃烧自动调整为更为平坦的平衡态分布;行波堆长期燃烧的状态可通过堆芯优化设计先行设定,启堆时与平衡态之间的偏离通过燃烧自动纠正。燃料组件的结构优化,能够显著改善中心通道与边、角通道之间的流量分配,能够在温度反馈的基础上,通过主动调节反应堆冷却剂泵的转速,进而改变冷却剂流量以实现功率控制。但是,仅依靠主泵的流量控制还无法实现对15%额定功率(PN)至100%PN的功率调节。甩负荷工况下需要A组停堆控制棒的参与。     

钠冷行波堆和驻波堆堆芯特性对比分析

采用自开发的MCNP-ORIGEN耦合程序MCORE对所设计的钠冷行波堆和驻波堆开展中子学和燃耗分析;基于MCORE获得的功率分布,采用自开发的钠冷快堆堆芯稳态热工水力分析程序SAST对钠冷行波堆和驻波堆堆芯开展热工水力分析。对比钠冷行波堆和驻波堆的堆芯物理特性和热工水力特性,结果表明：驻波堆在燃耗、最高包壳和燃料芯块温度方面具有优势,而行波堆在反应性波动和堆芯冷却剂出口温度均匀性方面具有优势。     

基于CFD方法的行波堆燃料组件结构优化设计研究

前期在行波堆燃料组件的设计研究中发现组件内冷却剂截面温差很大,无法满足组件设计要求的问题。本文采用计算流体力学(CFD)方法针对绕肋结构和组件围筒结构进行多方案论证,分析发现,燃料棒设置绕肋结构可在一定程度上减小组件截面温差,减小绕肋螺距可进一步减小组件截面温差,但并不能通过绕肋的搅混达到预期效果,无法满足组件设计要求。对燃料组件围筒设置塞条结构,可大幅减小组件截面温差,进一步对组件围筒采用倒圆角结构,可使组件截面温差满足设计要求。     

铅冷行波堆反应性变化规律及其影响因素研究

铅冷行波堆具有安全性好、倒换料周期长、铀资源利用率高等突出优势,是先进核能系统的重点发展方向之一,实现反应性微小变化是铅冷行波堆堆芯方案设计的关键技术问题。本文以热功率700 MW、采用金属燃料的铅冷行波堆物理方案为研究对象,重点研究了堆芯点火区及增殖区设计参数变化对有效增殖因子（k_eff）的影响,分析了全寿期堆芯反应性的变化趋势。数值结果表明:点火区设计参数显著影响堆芯初始k_eff,点火区的易裂变核素装量越大,初始k_eff越大,通过调整点火区在堆芯轴向位置及其燃料富集度可有效降低反应性变化幅度;堆芯装载的可转换核素与易裂变核素之比越高,增殖产生的239Pu越多,整体增殖性能越好;增殖区越长,平衡态持续时间越长,堆芯寿期越长。本文研究结论可为铅冷行波堆堆芯物理方案设计及关键参数选择提供重要理论依据。      

基于CFD方法的行波堆燃料组件燃烧区热工流体特性研究

采用计算流体力学（CFD）方法对行波堆燃料组件7棒束、19棒束及37棒束模型进行计算分析,发现行波堆燃料组件内冷却剂温度随轴向高度增加逐渐升高的同时具有逐渐向中心区域聚集的效应,组件出口区域垂直于流动方向的截面冷却剂温度分布差别很大,对边距约为26 cm的组件中心区域与外围区域最大温差超过100 ℃。组件内较大的冷却剂温度梯度主要出现在组件最外两圈燃料棒及组件盒之间的区域,而其他区域温度梯度较小,该结论可初步推广到有217根燃料棒的行波堆燃料组件。现有行波堆燃料组件结构需进一步优化。     

熔盐增殖堆初步安全分析

熔盐堆是第四代核能论坛确定的6种先进四代堆型之一,在固有安全、燃料循环、小型化、核资源的有效利用和防止核扩散等方面有其特有的优点。美国橡树岭国家实验室基于熔盐实验堆(Molten Salt ReactorExperiment,MSRE)设计、建造和运行经验,完成了熔盐增殖堆(Molten Salt Breeder Reactor,MSBR)概念设计。本文对MSBR进行初步的安全分析,为进一步改进和优化熔盐堆安全特性提供参考。根据MSBR的概念设计,建立了一个采用耦合简化传热机制点动力学的安全分析模型,并通过MSRE实验数据进行了验证。应用该模型模拟计算了MSBR在阶跃反应性和线性反应性引入后的堆芯热功率、堆芯石墨和堆芯熔盐温度瞬态。结果表明:在引入不超过500 pcm反应性情况下,无需采取任何措施,不会出现温度过高、堆芯结构材料融化事故;若需采取控制措施,线性引入反应性比阶跃引入反应性更易于控制,且应尽量避免短时间内引入反应性。     

行波堆平准化发电成本分析

本文通过平准化发电成本的方法,以燃料循环作为研究对象,对行波堆一次通过式燃料循环和二次通过式燃料循环的经济性进行了研究,并选取10个重要的经济和技术参数进行成本敏感性分析。研究结果表明,行波堆的平准化发电成本低于现有压水堆和快堆,其中,行波堆一次通过式燃料循环方式的平准化发电成本最低。敏感性分析表明,贴现率、燃耗深度、隔夜价和反应堆热效率是影响行波堆经济性最重要的参数,而燃料价格和废物处置的价格由于占成本的比例较小,对行波堆经济性的影响不大。     

径向步进倒料行波堆的数值研究

行波堆是一种可实现自持增殖-燃耗的新概念快堆,它可直接使用天然铀、贫铀、钍等可转换核材料,实现非常高的燃料利用率。基于行波堆的原理,提出了具有现实应用价值的径向步进倒料行波堆的概念,并将其与典型钠冷快堆的设计相结合,采用数值方法对由外而内的径向步进行波堆二维渐近稳态特性进行了研究。计算结果表明:渐近keff随倒料循环周期近似抛物线分布,而渐近燃耗随倒料循环周期线性增长,满足临界条件的倒料循环周期中最大燃耗可达38%;堆芯功率峰随着倒料循环周期的增长,从燃料卸出区(堆芯中心)向燃料导入区(堆芯外围)移动,功率峰值逐渐降低,在高燃耗情况下,靠近堆芯中心的轴向功率分布呈M形。     

行波堆堆芯方案设计研究

本文对行波堆燃料组件、堆芯中子学和热工水力方案进行了设计优化,分析了行波堆堆芯方案的主要性能参数。结果表明,优化后的堆芯方案具有明显的增殖焚烧特性,堆芯最大线功率小于500 W/cm,峰值燃耗水平低于30%,燃料中心最高温度低于熔点。该设计方案一方面充分兼顾了现实工艺水平,另一方面实现了行波堆的基本特点。该方案的设计优化指出了典型行波堆设计的初步方向。     

径向倒料式驻波堆堆芯概念设计

本工作在综合分析日本CANDLE堆和美国TerraPower公司设计的TP-1堆的基础上,提出沿径向倒料的驻波堆堆芯设计初步方案,通过高、低富集度组件在堆芯的混合布置展平功率,降低了堆芯的功率峰因子和组件的最大燃耗深度。通过倒换料,实现了增殖 燃耗波的传递。为能有效地利用行波堆增殖产生的易裂变核素,采用更换包壳的新技术,实现核燃料的持续利用。     

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。     

铅基快堆氧化物燃料性能分析程序FUTURE开发与初步验证

为了对铅基快堆氧化物燃料元件稳态工况下的服役性能和行为演化进行模拟计算,本文基于串行的半隐式耦合求解方法开发了铅基快堆氧化物燃料性能分析程序FUTURE。程序采用两步分析法实现了铅基快堆氧化物燃料棒全域热力分析与局部行为模型的多物理场耦合计算。通过各计算模块与模型算例、基准公式和现有程序的对比分析,对FUTURE程序进行了各分离效应的初步验证。结果表明,FUTURE程序能准确模拟铅基快堆稳态工况条件下氧化物燃料元件内部的温度演化、结构变形、应力分布和相互作用,并实现对燃料重构、氧和钚元素的迁移、裂变气体释放和服役期内液态铅铋腐蚀等内容的计算模拟。     

脉冲堆燃料的安全特性及其在小型动力堆中的应用

本文介绍了脉冲堆U-ZrH_(1.6)燃料的安全特性及具在国外小型动力堆中的有关应用情况。最终指出,U-ZrH_(1.6)是一种完美的燃料概念,除脉冲堆外,在小型动力堆中有着广阔的应用前景。