聚变发电反应堆双冷液态锂铅包层氚增殖中子学分析研究

针对聚变发电反应堆(FDS Ⅱ)双冷液态锂铅(DLL)包层进行了中子学设计与分析,设计主要的原则是满足聚变堆的氚自持,并在此基础上,分析计算DLL包层核热分布。中子学一维优化分析使用的程序是自主开发的多功能中子输运/燃耗/优化程序VisualBUS1.0以及相应的数据库HENDL1.0/MG。基于二维模型进行校核计算所使用的程序为MCNP4C,相应的数据库为FENDL 2/MC。     

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。     

聚变堆氚增殖层中子学分析

D-T聚变堆包层的主要功能包括氚增殖、能量转换射层蔽等,包层中子学设计的主要原则是满足聚变堆的氚自持,一般要求包层氚增殖比TBR＞1.1.使用与时间有关的扩散理论和本征函数展开方法,研究不同几何线度、6Li丰度的LI2O、LiPb包层材料14MeV源下的系统通量、氚增殖比影响,及在不同6Li丰度下6Li、7Li造氚随时间变化的规律.计算中使用了30群截面数据,微观数据来自ENDF/B-VI及JEF-2.2.     

cosRMC复杂曲面开发及在聚变中子学的应用

中国聚变工程实验堆（CFETR）是我国自主设计和研制的重大科学工程,CFETR旨在与ITER相衔接和补充,为研制DEMO级别聚变堆电站提供必要的技术。蒙特卡罗方法在聚变中子学与屏蔽设计等方面具有重要作用。本文基于自主化蒙特卡罗程序cosRMC,研究了蒙特卡罗复杂曲面建模的数学模型和计算方法,开发了复杂曲面建模功能,并通过PPCS（power plant conceptual study）模型验证了该功能实现的正确性。然后构建了CFETR的三维精细化模型,并利用该模型对CFETR包层设计中的关键中子学参数进行计算分析。结果表明,cosRMC对中子学参数氚增殖比、中子壁载荷和核热沉积的计算结果与MCNP的计算值吻合良好,相对偏差均小于5%,满足工程设计需求。研究证明了cosRMC应用于聚变堆包层中子学分析的正确性和有效性。CFETR中子学参数的计算分析,也为其设计和优化提供了参考。     

聚变增殖堆中子学设计

为了在满足增殖堆自身氚需要的前提下,提高堆性能参数——支持比,本文利用一维ANISN输运程序,对直接浓缩抑制裂变包层的中子学性能作了优化计算,研究了~6Li丰度和U-233浓度及其分布对包层中子学性能的影响,提出了改进包层设计的几种措施,得到了满意的结果。在堆运行周期内,平均产氚率T可达到1.11,支持比明显提高,达到14,包层中功率密度分布均匀,使堆的安全、冷却问题容易解决,给堆的结构设计带来方便。     

聚变增殖堆中子学设计

为了在满足增殖堆自身氚需要的前提下,提高准性能参数——支持比,本文利用一维ANISN输运程序,对直接浓缩抑制裂变包层的中子学性能作了优化计算,研究了~6Li丰度和U-233浓度及其分布对包层中子学性能的影响,提出了改进包层设计的几种措施,得到了满意的结果。在堆运行周期内,平均产氚率T可达到1.11,支持比明显提高,达到14,包层中功率密度分布均匀,使堆的安全、冷却问题容易解决,给堆的结构设计带来方便。     

CFETR水冷陶瓷增殖剂包层模块产氚率实验验证

水冷陶瓷增殖剂（WCCB）包层作为中国聚变工程试验堆（CFETR）候选包层之一，承担着氚增殖、核热提取、屏蔽等重要涉核功能，其中子学设计的可靠性直接影响CFETR氚自持目标的实现。为验证中子学设计工具，即MCNP和FNEDL3.0数据库，在WCCB包层中子学设计中的可靠性，基于研制出的WCCB包层模块，在DT中子环境下开展中子学实验，对以产氚率（TPR）为代表的中子学参数进行了模拟值（C）和实验值（E）对比分析。结果表明，模块中轴线位置处TPR的C/E为0.97?1.08，而模块边缘位置处TPR的C/E为0.65?0.82；模块钛酸锂层边缘区197Au（n，γ）198Au反应率的C/E为0.72?0.90，表明模块边缘区存在非期望的散射中子，导致该区TPR模拟值和实验值偏离较大。     

基于D-T聚变中子源的双功能液态铅锂包层中子学实验

中国双功能锂铅包层(Dual Functional Lithium-Lead,DFLL)是由中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所设计的用于聚变反应堆的液态包层.由于聚变反应堆氚增殖包层的设计高度依赖于中子计算,为验证DFLL包层设计中所使用的核数据库和仿真软件,建立了DFLL包层实验模块,并基于D-T聚变中子...     

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。     

国外核聚变氚工艺研究简介

开发聚变能可从根本上满足人类对能源的需求。聚变氚工艺主要包括包层产氚工艺和废燃料再处理工艺,它是混合堆和聚变堆的关键技术之一。经过二十多年努力,核聚变研究取得很大进展,聚变氚工艺研究日益得到重视。这里对国外聚变氚工艺研究情况作一简要介绍。     

CFETR氦冷陶瓷增殖包层中子学分析

为满足中国聚变工程实验堆(CFETR)包层的应用要求,本文提出氦冷陶瓷增殖(HCCB)包层方案。为验证HCCB包层设计方案的合理性与可行性,采用三维蒙特卡罗粒子输运程序MCNP,计算和分析了HCCB包层方案的氚增殖比、中子壁负载、中子通量密度、核热、辐照损伤等中子学特性。结果表明,HCCB包层方案满足氚自持要求,中子通量密度和核热分布合理,屏蔽性能良好,基本满足设计要求。     

聚变驱动乏燃料焚烧堆氦冷包层中子学设计与分析

采用VisualBUS程序和HENDL数据库,对聚变驱动乏燃料焚烧堆氦冷包层开展了中子学设计与分析工作,设计目标是在满足Keff小于0.95,功率密度小于100 MW·m-3和氚自持的前提下,获得至少1 GWe的能量输出和最大增殖、嬗变能力,且系统能够连续稳定运行.文中通过对包层中的乏燃料成分和是否装载贫铀开展优化分析并给出了优化方案,该方案能够很好地满足设计目标.     

聚变驱动次临界堆双冷嬗变包层中子学设计与分析

对聚变驱动次临界堆的多功能双冷核废料嬗变包层进行了中子学设计和分析,设计目标是:①氚和钚燃料自持;②较少的初装料得到较高的废料嬗变率。使用的程序是自主开发的多功能中子输运/燃耗/优化程序VisuaIBUs1.0,相应的数据库是175群中子/42群光子的多群数据库HENDL1.0/MG。     

LiPb自冷混合堆包层中子学研究

研究了ＬｉＰｂ自冷托卡马克混合堆包层的中子学性能；第一壁材料和厚度对中子学性能的影响；Ｐｂ和Ｂｅ的中子增益性能以及包层中功率密度和２３９Ｐｕ的分布，并对中子学性能进行了优化。当聚变功率为２００ＭＷ，运行因子为０．３时，除氚自给外，每年可生产２３９Ｐｕ１３０ｋｇ。     

CFETR氦冷固态增殖剂包层产氚性能研究及优化

氦冷固态增殖剂包层是中国聚变工程实验堆（CFETR）的3种候选包层概念之一。本文基于中国核工业西南物理研究院提出的一种氦冷固态增殖剂包层概念,通过蒙特卡罗输运程序MCNP5建立了包层三维中子学模型,探究了不同几何布置方案及结构设计参数对包层产氚性能的影响,得到了全堆氚增殖比（TBR）及极向各包层模块产氚分布,并由优化后的模型得到了包层模块核热分布。结果表明,优化后的TBR达到1.177,满足氚自持的最低要求。     

聚变堆氚分析程序TAS1.0的设计与开发

氚是聚变堆的重要燃料之一,对聚变堆氚系统进行分析从而实行有效的氚控制是聚变研究的重要内容之一.在中国系列液态金属锂铅包层聚变堆概念设计研究基础上,利用现代软件工程方法及面向对象技术设计思想,发展了聚变堆氚分析程序TAS1.0,可用于聚变堆氚自持分析、氚燃料管理及氚安全性分析与研究,并可为聚变堆包层及燃料循环系统设计与分析提供技术支持.通过一系列的测试校验,表明了该程序的正确性与有效性.本文主要介绍该程序的系统设计、技术特点与程序测试.     

cosRMC复杂曲面开发及在聚变中子学的应用

中国聚变工程实验堆(CFETR)是我国自主设计和研制的重大科学工程,CFETR旨在与ITER相衔接和补充,为研制DEMO级别聚变堆电站提供必要的技术。蒙特卡罗方法在聚变中子学与屏蔽设计等方面具有重要作用。本文基于自主化蒙特卡罗程序cosRMC,研究了蒙特卡罗复杂曲面建模的数学模型和计算方法,开发了复杂曲面建模功能,并通过PPCS(power plant conceptual study)模型验证了该功能实现的正确性。然后构建了CFETR的三维精细化模型,并利用该模型对CFETR包层设计中的关键中子学参数进行计算分析。结果表明,cosRMC对中子学参数氚增殖比、中子壁载荷和核热沉积的计算结果与MCNP的计算值吻合良好,相对偏差均小于5%,满足工程设计需求。研究证明了cosRMC应用于聚变堆包层中子学分析的正确性和有效性。CFETR中子学参数的计算分析,也为其设计和优化提供了参考。     

聚变裂变混合发电堆水冷包层中子学设计分析

主要针对聚变裂变混合发电堆FDS-EM水冷包层的能量倍增因子M和氚增殖率TBR等中子学参数进行优化计算。FDS-EM包层主要设计目标是在氚自持的基础上获得约1 GW的电功率,并且尽可能长时间连续运行不换料。通过初步设计分析给出一个使用核废料(压水堆卸出的废料钚、锕系加上贫铀)作为裂变燃料,能够实现氚自持、能量倍增因子约为90等设计目标,且连续运行至少10年不换料的中子学方案。     

中国聚变工程试验堆中子学分析中的GEANT4应用研究

中子学分析对聚变堆尤其是其氚增殖包层的设计和安全运行具有重要意义,基于蒙特卡罗方法的模拟是聚变中子学分析的常用手段。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR)为研究对象,研究蒙特卡罗程序GEANT4在聚变中子学分析中的应用,开展截面库基准测试计算,验证G4NDL截面库在聚变中子学分析中的适用性。采用编程方式和借助McCAD转换方式在GEANT4中分别建立CFETR一维柱壳模型和三维模型,并设置中子源和计数方式,实现了GEANT4中CFETR中子学分析模型的建立。在GEANT4中自主开发了新的物理过程,设置反射面边界,计算获得了中子壁负载。结果表明:GEANT4与MCNP计算结果差异小于1%,验证了反射面设置的有效性和GEANT4在聚变中子学工程分析中应用的可行性。     

中子学计算多目标优化程序开发及其初步应用

中子学优化设计是进行复杂反应堆中子学设计的重要步骤之一。本文发展了中子学计算多目标优化程序MOO1.0(Multi-Objective Optimization Code),该程序能够在给定的约束条件下,通过自动调节指定区的材料体积份额、几何尺寸等参数使得给定的多个中子学目标参数达到全局最优。通过实例测试初步验证了程序的有效性,并将其应用到聚变驱动次临界堆气冷增殖包层结构增殖性能的计算中。