IMF燃耗特性与次锕系核素产量分析

在轻水堆中采用惰性基质燃料(IMF)能有效地从源头上降低乏燃料中次锕系核素(MA)的含量。为了研究IMF的燃耗特性,选取两种典型IMF方案PuO2+ZrO2+MgO和PuO2+ThO2,开展不同PuO2含量下IMF燃耗反应性计算,并与UO2燃料以及MOX燃料进行比较分析。结果表明:在总燃耗时间为1 095d情况下,两种IMF方案中PuO2体积分数为2%~10%时,其寿期末kinf均大于1,但PuO2+ZrO2+MgO方案的燃耗反应性波动大于PuO2+ThO2方案,PuO2+ThO2方案燃料寿期末MA的含量明显小于前者;在同一等效重金属质量分数下,MOX、UO2燃料寿期末MA的含量均大于两种IMF。     

惰性基质燃料元件Doppler系数分析

本文采用中子输运程序MCNP,基于ENDF/B-Ⅶ-1核数据库,对几种典型惰性基质燃料（IMF）的Doppler系数进行了计算,并通过理论分析给出了各核素对Doppler系数贡献的表达式。结果表明：在相同惰性基质条件下,武器级Pu燃料的Doppler系数的绝对值小于反应堆级Pu燃料的;在惰性基质中添加²³²Th可使Doppler系数更负,且可使IMF获得与低浓UO₂燃料相近的Doppler系数;硼可燃毒物对Doppler系数的贡献为正效应,而铒可燃毒物则可进一步增强负Doppler系数,有利于反应堆的固有安全性。     

混合堆增殖钍基燃料组件中子学分析

采用压水堆17×17燃料组件模型,用燃料组件参数计算程序DRAGON分别对混合堆增殖钍燃料组件和全铀组件的中子学特性进行了研究,分析组件的燃料温度系数、慢化剂温度系数及其与燃耗的关系。计算结果表明,混合堆增殖钍燃料组件和全铀组件的中子特性相似,但钍燃料组件中的乏燃料组件中的次锕系核素(MA)的含量明显减少。     

组件型熔盐堆燃料组件的设计研究

熔盐堆是第四代核反应堆的六种构型之一,具有良好的经济性和固有安全性。以球形包覆颗粒燃料元件为基本单元设计了可用于熔盐冷却高温堆的燃料组件,并在此燃料组件模型下构建了组件型熔盐堆堆芯,研究了组件容器材料的种类、密度、厚度以及球形燃料元件中包覆颗粒填充率、FLi Be熔盐中7Li富集度对无限介质增殖因数K_(inf)、冷却剂反应性温度系数(Reactivity Temperature Coefficient,RTC)、排空反应性(Void Reactivity,VR)的影响。结果表明,作为组件材料,碳材料明显优于碳化硅材料;提高包覆颗粒(Tristructural Isotropic,TRISO)填充率、7Li富集度有利于提高堆芯的中子经济性和安全性。     

球形燃料元件中包覆颗粒的分布效应研究

在球形燃料元件中,包覆颗粒的填充因子低于10%,分布具有很大的随机性。本文利用MATLAB程序实现了4种填充的建模方式,即体积等效规则填充、扰动的规则填充、随机的规则填充和完全随机填充模拟燃料球中包覆颗粒的分布。基于固态燃料钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor with Solid Fuel,TMSR-SF1)设计中选用的包覆颗粒燃料参数,使用蒙特卡罗程序MCNP6 1.0和ENDF/B VII.0数据库进行了全反射边界条件下的单燃料球临界计算,精确量化了不同的建模方式引起的中子物理特性参数的差异。计算表明,这4种建模方式形成了不同的包覆颗粒聚集程度。包覆颗粒的聚集会导致丹可夫效应的增强,从而增大了中子被燃料吸收的概率,无限增殖因数随之增大,燃料温度系数随之减小。     

噪声法测量临界装置温度系数实验研究

为了用噪声法测量核电站反应堆的负慢化剂反应性温度系数(MTC),本文在铀溶液临界装置上研究噪声法实验测量反应性温度系数αT,并与周期法测量的αT进行比较。结果表明,两种方法测量的αT趋势基本一致。由于铀溶液临界装置中溶液的反应性温度效应与核电站反应堆的慢化剂温度效应的机理相似,因此本文利用噪声法测量铀溶液临界装置的αT对于核电站反应堆利用噪声法测量MTC有一定的参考价值。     

CANDU6重水堆37R燃料和37M燃料的反应性比较

37R燃料的每根元件尺寸相同,中心元件的冷却剂流道面积较小,事故工况下热工裕量相对较小。37M燃料减小中心元件尺寸,从而增大中心元件和整个燃料棒束的热工裕量。本文从反应堆物理角度定量分析两种燃料的反应性差异,采用WIMS程序和RFSP程序,计算了温度系数、空泡系数、重水纯度和慢化剂毒物浓度变化导致的反应性变化。计算结果表明37R燃料和37M燃料的反应性系数差别很小。     

外胶凝法制备ThxZr1-xO2惰性基质燃料胶凝行为及微结构研究

惰性基质燃料(Inert Matrix Fuel,IMF)可有效转化钚和长寿命次锕系核素，可以防止核武器扩散和提高乏燃料管理能力，是近年来的一个研究热点。溶胶凝胶法具有产品元素分布均匀、湿法操作流程不易产生放射性粉尘等优点，因此，在研究中被用于制备锆基IMF。采用外胶凝工艺制备Th_xZr_1-xO₂惰性基质燃料，以溶黏度为主要的胶凝指征，研究了不同金属离子浓度、不同温度下溶胶黏度随c(NH₄⁺)/c(NO₃^-)的变化规律，归纳了不同工艺参数条件下的溶胶胶凝行为类型，绘制了胶凝化场图，可为成功制备相应的凝胶湿球提供量化依据。采用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)研究了经过不同温度热处理之后的核芯结构，结果表明：经过1 350℃烧结退火后的微球生成了两相金属氧化物相，ZrO₂在氧化钍基底中未生成固溶体，X射线成像结果表明，微球具有良好的球形度且内部没有裂纹。扫描式电子显微镜(Scanning El...     

重水堆燃料通道内浮升力引发的 间歇式流动现象数值分析

对重水堆水平燃料通道内浮升力引发的间歇式流动( IBIF)现象进行模拟,对现象过程、燃料组件温度进行研究.由计算结果可以看出,燃料包壳温度随气泡的产生、生长以及排出的周期性变化,出现上升、下降的周期性变化;气泡在单元两侧开口处交替排出;气泡的排出带走燃料组件衰变热,使燃料包壳温度处于相对较低的水平.     

FRAPCON-2程序改进和校验

通过改进FRAPCON-2程序中的燃料导热系数模型和裂变气体释放模型,使之能对高燃耗的燃料进行性能分析计算。并利用Halden堆IFA 597.3 ROD8的试验数据对程序进行了验证。结果表明,改进后的程序所计算出的参数（如燃料温度和裂变气体释放份额）均与实测值符合很好,对程序的改进是成功的。