核能发展途径与快增殖堆在核能中的地位

此文分析了世界能量资源的供求形势。利用核能发展模型,对五个典型的核能发展途径:一次通过循环方案、钚再循环方案、快增殖堆方案、快增殖堆加钚再循环混合方案、钍铀循环先进转换堆方案,计算了核燃料循环关键物料的需要量,并预计了它们的经济性。文章认为:①核能的前景将比现在好,暂时的低潮将会过去;②轻水堆-快堆组合体系将是世界核能发展的主线。     

小型模块化增殖焚烧快堆MA嬗变性能分析

次锕系核素(Minor Actinides,MA)作为长寿命高放射性核废料,在乏燃料放射性中占据主导位置。乏燃料最小化是保证核能可持续发展的重要环节,而嬗变是安全处置乏燃料的有效途径。小型模块化增殖焚烧(Breed and Burn,BB)快堆的中子经济性较好,燃烧寿期长,装料方式灵活多样,可用于增殖产生易裂变核燃料、嬗变长寿命核废料,从而解决核电发展中前端核燃料供给和后端乏燃料处理问题。本文分析对比了U3-MA和U5-MA燃料装载模式的临界、燃耗和安全性能,并系统研究了两种装料模式在BB快堆上嬗变MA的性能。结果表明:两种装料方式均能达到较好的嬗变性能,且MA的添加还能使反应堆寿期更长,堆芯中子经济性更高;此外,从安全性能上来看,添加MA对钍铀燃料循环的缓发中子份额影响较弱,但是对其燃料多普勒系数影响较强,这为后续钍铀、铀钚燃料循环选取合理的MA装载份额提供了参考依据。     

钚的利用与核裂变能的可持续发展

简要分析了当今世界的能源结构 ,指出以化石燃料为主的能源供应不可持续。概述了乏燃料后处理与钚的循环对充分利用铀资源的贡献 ,指出钚和其他锕系元素的彻底焚烧 ,有可能最大限度地减少放射性废物量及其毒性 ,从而实现核裂变能的可持续发展     

快堆核燃料循环模式的经济性评价

以快堆核电厂的核燃料循环过程及核燃料循环模型为基础,利用注销法对2种核燃料循环方式进行经济性计算和分析;同时,也将快堆燃料循环经济性与压水堆(PWR)燃料"一次通过"的经济性进行对比。按目前价格水平计算,PWR"一次通过"的核燃料循环方式比快堆核燃料循环模式的经济性好,但随着天然铀价格的上涨以及燃料后处理技术水平的进步,快堆核燃料循环费用有望达到或低于PWR"一次通过"的核燃料循环费用。     

水冷动力堆用锆合金的疲劳

锆合金是水冷动力堆核燃料元件的包壳材料和堆芯的其它结构材料，在反应堆运行时，堆功率的波动和水冷却介质的流动使燃料组件及其它构件发生循环变形，在极端情况下出现破损。本文概述了堆内锆合金包壳循环变形的特点，并综述了锆合金的循环变形行为，循环变形下的组织结构演化，疲劳裂纹的扩展以及影响疲劳寿命的因素，在此基础上，针对高性能燃料元件的发展趋势，指出了有待进一步研究解决的问题。     

中国快堆及先进核燃料循环体系发展战略思考

中国是世界上最大的发展中国家,能源消耗位列世界第一。为实现社会、经济的可持续发展,确保能源供应安全和降低环境压力,大力发展包括核能在内的清洁能源是能源发展战略的必然选择。目前,中国的核能经过近30年的发展取得了长足进步,但在能源体系中依然占比很小。鉴于中国的铀资源总体储量有限,仅靠热中子反应堆支撑核能作为主力能源发展难以实现。快堆具有资源利用率高、固有安全性好等优点,配以先进核燃料循环系统,可实现核能的大规模、可持续、环境友好的发展。其中,快堆的发展应遵从先增殖、后嬗变的路线,燃料方面在经过氧化物陶瓷燃料后应尽快过渡到金属燃料;后处理方面初期主要通过水法处理压水堆乏燃料,为快堆提供初装料,后续要尽快实现干法后处理,以缩短增殖燃料的倍增时间和提高整个体系的经济性;同时,还需要同步发展高放废物的处理处置技术。在快堆和先进核燃料循环体系的支撑下,我国的核能能实现在千年量级上作为主力能源发展。     

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。     

2050年前我国压水堆核燃料循环模式研究

根据中国工程物理研究院的《中国能源中长期(2030、2050)发展战略研究》报告,以我国的两种主流堆型—大亚湾M310和三代AP1000为研究对象,由我国核燃料循环现状和未来发展目标,假定了2050年前我国压水堆核燃料循环的几种可能模式,并利用DESAE-2(核能情景分析软件)计算了假定模式下的铀钚资源需求与高放废物的提取量。计算结果可为我国核能发展策略提供数据参考。计算结果的比较与分析表明,扩大装有MOX燃料的在运营压水堆规模能更有效地节省铀资源,而决定装有MOX燃料的在运营压水堆规模大小的关键在于所具有压水堆乏燃料后处理能力的大小。     

我国核燃料循环前端产业的现状和展望

在分析我国核燃料循环产业面临发展机遇的基础上,阐述了天然铀的保障供给、铀转化和铀浓缩、燃料制造领域等核燃料循环产业的现状以及面临的挑战,并对我国核燃料循环前端产业的发展方向进行了分析预测,针对如何应对挑战提出了相应的对策。     

我国核燃料循环前端产业的现状和展望

在分析我国核燃料循环产业面临发展机遇的基础上,阐述了天然铀的保障供给、铀转化和铀浓缩、燃料制造领域等核燃料循环产业的现状以及面临的挑战,并对我国核燃料循环前端产业的发展方向进行了分析预测,针对如何应对挑战提出了相应的对策。     

我国钍燃料循环发展研究

调研分析了钍燃料循环的优缺点和国内外研究现状.通过详细分析研究各种堆型的钍资源利用潜力,从核能可持续发展的角度出发,提出了我国钍燃料循环发展的有关结论和建议:(1)当前的核电堆型除高温堆外都不适合进行钍利用;(2)建议采用快堆/热中子堆联合钍燃料循环的方式进行钍资源利用;(3)先进反应堆研究应集中于其堆型本身的研发;(...     

美国先进核燃料循环计划概述及对我国的启发

美国已重启核能计划,其中先进的核燃料循环计划是核能计划的核心。若这一计划得以顺利实施,将可以消除人们曾担忧的核能开发中的三大问题,核扩散、高放废物的处置和铀资源的可持续性问题。美国这一计划对我国的核能发展应有一些启发。     

加速器驱动先进核能系统的乏燃料循环再生研究北大核心CSCD

乏燃料后处理是核燃料循环的关键环节,制约核电的可持续发展。借助于加速器驱动先进核能系统(ADANES)提供的高通量、硬能谱的外源中子,其乏燃料后处理只需除去乏燃料中的挥发性裂变产物和影响次锕系元素嬗变的中子毒物,长寿命的次锕系元素Np、Am、Cm可与二氧化铀一起转化为新的燃料元件在加速器驱动燃烧器中燃烧、嬗变、增殖和产能。基于此,本课题组提出了加速器驱动的乏燃料后处理及再生制备的技术路线,包括高温氧化粉化与挥发、选择性溶解分离和燃料再生制备。本文主要介绍了近几年本课题组在这三方面所取得的一些成就,希望能为加速器驱动先进核能系统的乏燃料后处理提供基础数据。     

聚变-裂变混合堆水冷包层中子物理性能研究

研究直接应用国际热核聚变实验堆（ITER）规模的聚变堆作为中子驱动源,采用天然铀为初装核燃料,并采用现有压水堆核电厂成熟的轻水慢化和冷却技术,设计聚变-裂变混合堆裂变及产氚包层的技术可行性。应用MCNP与Origen2相耦合的程序进行计算分析,研究不同核燃料对包层有效增殖系数、氚增殖比、能量放大系数和外中子源效率等中子物理性能的影响。计算分析结果显示,现有核电厂广泛使用的UO₂核燃料以及下一代裂变堆推荐采用的UC、UN和U₉₀Zr₁₀等高性能陶瓷及合金核燃料作为水冷包层的核燃料,都能满足以产能发电为设计目标的新型聚变 裂变混合堆能量放大倍数的设计要求,但只有UC和U₉₀Zr₁₀燃料同时满足聚变燃料氚的生产与消耗自持的要求。研究结果对进一步研发满足未来核能可持续发展的新型聚变-裂变混合堆技术具有潜在参考价值。     

The case for the fusion hybrid

The use of nuclear fusion to produce fuel for nuclear fission power stations is discussed in the context of a crucial need for future energy options. The fusion hybrid is first considered as an element in the future of nuclear fission power to provide long term assurance of adequate fuel supplies for both breeder and convertor reactors. Generic differences in neutronic characteristics lead to a fuel production potential of fusion-fission hybrid systems which is significantly greater than that obtainable with fission systems alone. Furthermore, cost benefit studies show a variety of scenarios in which the hybrid offers sufficient potential to justify development costs ranging in the tens of billions of dollars. The hybrid is then considered as an element in the ultimate development of fusion electric power. The hybrid offers a near term application of fusion where experience with the requisite technologies can be derived as a vital step in mapping a credible route to eventual commercial feasibility of pure fusion systems. Finally, the criteria for assessment of future energy options are discussed with prime emphasis on the need for rational comparison of alternatives. This approach is contrasted with the dual standard too often used in judging the risks and benefits of nuclear power where, for example, rather minor radiological effects are highlighted while much larger exposures to radiation from medical x-rays, airplane travel, color television sets, etc., are ignored. It is concluded that the fusion hybrid deserves a prominent place among new energy resources but that early attention to insure an adequately informed public is a vital ingredient in assuring reasonable prospects of success.     

A new paradigm for core design aimed at the sustainability of nuclear energy: The solution of the extended equilibrium state

The future expansion of nuclear energy, a technology identified as one of the main candidates for reducing the world’s dependence on fossil fuels, requires a thorough analysis of the sustainability of this energy source for long-term supply. Generation-IV nuclear systems could represent a turning point for energy production by minimizing the environmental footprint of the fuel cycle. A new paradigm is thus required for reactor design, focusing, at the core design level, on both the closure of the fuel cycle and the effective utilization of natural resources.