聚变裂变混合发电堆水冷包层热工水力学设计分析

一种以能量倍增为目标的聚变裂变混合发电堆(FDS-EM)概念已被提出,FDS-EM初步设计为可以产生约1.0 GW的电功率,并能实现氚自持。本文对FDS-EM水冷包层进行了热工水力学设计与分析。设计采用了压水堆的成熟技术,并给出了典型的热工设计参数,通过对典型参数下包层的数值模拟分析,得出了温度场和应力场分布,初步证明了设计的工程可行性。     

超临界水冷固态实验包层中子学与热工水力特性研究

基于国际热核聚变实验堆(ITER)实验包层方案,提出了一个超临界水冷固态实验包层概念设计方案。设计采用Be作为中子倍增剂,Li4SiO4作为氚增殖剂,CLAM钢作为结构材料。包层第一壁采用多层盘道设计以提高第一壁出口温度,内部采用增殖剂与中子倍增剂分层布置以提高热沉积与氚增殖率。为验证包层设计的可行性,分析计算了三维包层氚增殖率与热沉积的分布,然后根据中子学计算得到的结果对超临界水冷固态实验包层进行了数值模拟研究。结果表明:包层功率密度分布较合理;氚增殖率满足运行中氚自持的要求;在冷却剂出口温度达到500℃条件下材料温度不超过限值。该设计方案能满足中子学设计与热工水力的要求。     

多维中子学计算(英文)

采用U-Pu循环,完成了不同氚增殖剂和冷却剂的裂变抑制包层设计。设计中,考虑了环形效应和共振自屏效应。基于一维模型的优化计算结果,指出要求的中子学性能能够达到。为了完成多维设计,研制了三维中子源抽样程序;用具有连续能量截面的蒙特卡洛程序MCNP完成了多维中子学设计;研究了中子源密度分布对中子学性能的影响。结果指出:聚变功率为2000MW,运行因子为0.75时,Li_2O和液态金属自冷包层在氚自给的情况下,~(239)Pu的年产量都能达到4000kg。     

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-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。     

氦气、水和熔盐冷却的混合堆中子学性能研究

氦气、水、熔盐(Flibe)在强磁场中流动不存在严重的MHD问题,因此适合在基于磁约束的聚变-裂变混合堆中作为冷却剂.针对氦气、水、Flibe这3种冷却剂对混合堆包层中子学性能的影响进行研究,分析包层中能谱特点及燃料增殖特性.通过燃耗计算,研究氚增殖率(TBR)、能量倍增因子(M)、keff等随运行时间的变化.中子学输运采用三维蒙特卡罗程序MCNP.计算结果表明,不同的冷却剂对混合堆系统中子能谱影响很大:氦冷系统的能谱最硬,主要发生快中子裂变,氚增殖效果最好;水冷系统的能谱最软,产能最多,但需提高TBR;Flibe冷系统的能谱较硬,产能最少.     

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.     

托卡马克工程试验增殖堆Li冷包层的磁流体动力学压降分析

本文对液态金属 Li 流过托卡马克工程试验增殖堆自冷包层的磁流体动力学(MHD)压降进行了分析,讨论了内侧包层有无裂变、燃料元件的形式、包层能量倍增因子 M 及第一壁冷却孔道宽度对包层总压降的影响,从 MHD 流动分析的观点,为中子学、结构和热工水力设计提出了设计要求。     

气冷托卡马克商用混合堆中子学设计

完成了气冷托卡马克商用混合堆的中子学设计,采用单零偏滤器等离子体位型,在一维计算中考虑了共振能量和空间自屏效应的影响,用具有连续能量截面的蒙特卡洛程序MCNP完成了多维计算;研究了中子源密度分布对包层中子学性能的影响,结果:氚增殖率和裂变燃料增殖率分别达到1.0和0.60,聚变功率2000Mw,负荷因子0.75,每年产~(239)Pu为4000kg。     

多维中子学计算

采用U-Pu循环,完成了不同氚增殖剂和冷却剂的裂变抑制包层设计。设计中,考虑了环形效应和共振自屏效应。基于一维模型的优化计算结果,指出要求的中子学性能能够达到。为了完成多维设计,研制了三维中子源抽样程序;用具有连续能量截面的蒙特卡洛程序MCNP完成了多维中子学设计;研究了中子源密度分布对中子学性能的影响。结果指出: