熔盐堆利用富集铀/钚燃料启动建立钍铀循环运行模式的研究
发布时间：2024-04-22 03:45
作为第四代先进核反应堆六种候选堆型之一,钍基熔盐堆核能系统在安全性、经济性、燃料利用率和防核扩散等方面具有显著优势。发展和部署钍基熔盐堆,实现钍资源的高效规模利用,首先要解决的关键问题是钍铀循环点火燃料233U来源缺少的问题。本文基于目前可获取的点火燃料(富集铀和来自轻水堆乏燃料中的钚),给出了在熔盐堆中实现从铀钚燃料循环到钍铀燃料循环的过渡方案,讨论了启动燃料配置、在线加料模式、后处理条件等关键参数对熔盐堆燃料过渡行为的影响,提出了解决233U来源问题的可行性方案。本文基于SCALE/TRITON计算程序发展了双区熔盐堆燃耗计算方法。SCALE/TRITON是橡树岭国家实验室开发的用于临界计算、截面加工和燃耗计算的集成模块,目前仅支持分群数据库的燃耗计算。在处理双区堆芯结构的熔盐堆燃耗问题时,需要对两区中的燃料盐采用不同编号,进而导致在截面加工程序中产生两套燃耗截面,并分别进行独立燃耗计算,这与熔盐堆均匀混合的特征明显不符。本文通过耦合外部处理模块,针对上面问题发展了均匀混合、等效体积和平均截面三种处理方法,拓展了SCALE/TRITON的...
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 可持续能源供应与核电发展
1.2 钍铀燃料循环介绍
1.2.1 钍铀燃料循环特点
1.2.2 钍资源在反应堆中的利用
1.2.3 钍铀循环存在的问题与挑战
1.3 熔盐堆介绍
1.3.1 熔盐堆技术特点与优势
1.3.2 熔盐堆发展历史与研究现状
1.3.3 熔盐堆中钍铀转换性能
1.4 本文研究内容与研究目标
第二章 熔盐堆在线处理与加料的计算方法
2.1 SCALE6.1 程序介绍
2.1.1 三维临界计算模块KENO-VI
2.1.2 单群截面加工模块COUPLE
2.1.3 燃耗计算模块ORIGEN-S
2.2 熔盐堆在线处理程序(MSR-RS)介绍
2.2.1 SCALE/TRITON在熔盐堆中的开发
2.2.2 MSR-RS计算流程
2.2.3 MSR-RS结果验证
2.3 本章总结
第三章 MSR-RS程序在单流双区熔盐堆燃耗计算中的发展
3.1 双区堆芯设计的熔盐堆燃耗计算中的问题
3.2 基于SCALE/TRITON处理双区堆芯燃耗计算的方法
3.2.1 双区堆芯模型介绍
3.2.2 等效体积法 (EQUIVALENT VOLUME METHOD)
3.2.3 均匀混合法 (HOMOGENEOUS MIXING METHOD)
3.2.4 平均截面法 (AVERAGE CROSS-SECTION METHOD)
3.3 双区堆芯燃耗计算方法的验证
3.3.1 T=0时刻计算结果对比
3.3.2 燃耗计算结果对比
3.4 本章总结
第四章 利用富集铀启堆开展钍铀循环过渡运行研究
4.1 过渡方案说明
4.2 基于富集铀燃料的边增殖边燃烧(B&B)过渡方案
4.2.1 重金属235U、238U及232TH质量流
4.2.2 铀同位素质量演化
4.2.3 易裂变核素裂变率份额变化
4.2.4 233U净积累与转换比变化
4.2.5 中子能谱变化
4.2.6 温度反馈系数变化
4.2.7 本节总结
4.3 基于富集铀燃料的预增殖(PB&B)过渡方案
4.3.1 不同处理条件下233U净积累与铀同位素质量变化
4.3.2 重金属摩尔份额变化
4.3.3 本节总结
4.4 B&B方案与PB&B方案对比
4.5 本章总结
第五章 利用钚启堆开展钍铀循环过渡运行研究
5.1 富集铀和钚燃料对比
5.2 燃料盐与堆芯几何选择
5.2.1 燃料盐选择
5.2.2 堆芯几何选择
5.3 基于钚燃料的边增殖边燃烧(B&B)方案分析
5.3.1 钚和铀同位素质量变化
5.3.2 易裂变核素裂变率份额变化
5.3.3 233U净积累与转换比变化
5.3.4 重金属加料率变化
5.3.5 中子能谱变化
5.3.6 温度反馈系数变化
5.3.7 本节总结
5.4 基于钚燃料的预增殖(PB&B)过渡方案
5.4.1 不同处理条件下233U净积累与铀同位素质量变化
5.4.2 重金属与PU摩尔含量的变化
5.5 B&B方案与PB&B方案对比
5.6 本章总结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A：论文发表情况、其他科研经历及成果
致谢
本文编号：3961882
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
1.1 可持续能源供应与核电发展
1.2 钍铀燃料循环介绍
1.2.1 钍铀燃料循环特点
1.2.2 钍资源在反应堆中的利用
1.2.3 钍铀循环存在的问题与挑战
1.3 熔盐堆介绍
1.3.1 熔盐堆技术特点与优势
1.3.2 熔盐堆发展历史与研究现状
1.3.3 熔盐堆中钍铀转换性能
1.4 本文研究内容与研究目标
第二章 熔盐堆在线处理与加料的计算方法
2.1 SCALE6.1 程序介绍
2.1.1 三维临界计算模块KENO-VI
2.1.2 单群截面加工模块COUPLE
2.1.3 燃耗计算模块ORIGEN-S
2.2 熔盐堆在线处理程序(MSR-RS)介绍
2.2.1 SCALE/TRITON在熔盐堆中的开发
2.2.2 MSR-RS计算流程
2.2.3 MSR-RS结果验证
2.3 本章总结
第三章 MSR-RS程序在单流双区熔盐堆燃耗计算中的发展
3.1 双区堆芯设计的熔盐堆燃耗计算中的问题
3.2 基于SCALE/TRITON处理双区堆芯燃耗计算的方法
3.2.1 双区堆芯模型介绍
3.2.2 等效体积法 (EQUIVALENT VOLUME METHOD)
3.2.3 均匀混合法 (HOMOGENEOUS MIXING METHOD)
3.2.4 平均截面法 (AVERAGE CROSS-SECTION METHOD)
3.3 双区堆芯燃耗计算方法的验证
3.3.1 T=0时刻计算结果对比
3.3.2 燃耗计算结果对比
3.4 本章总结
第四章 利用富集铀启堆开展钍铀循环过渡运行研究
4.1 过渡方案说明
4.2 基于富集铀燃料的边增殖边燃烧(B&B)过渡方案
4.2.1 重金属235U、238U及232TH质量流
4.2.2 铀同位素质量演化
4.2.3 易裂变核素裂变率份额变化
4.2.4 233U净积累与转换比变化
4.2.5 中子能谱变化
4.2.6 温度反馈系数变化
4.2.7 本节总结
4.3 基于富集铀燃料的预增殖(PB&B)过渡方案
4.3.1 不同处理条件下233U净积累与铀同位素质量变化
4.3.2 重金属摩尔份额变化
4.3.3 本节总结
4.4 B&B方案与PB&B方案对比
4.5 本章总结
第五章 利用钚启堆开展钍铀循环过渡运行研究
5.1 富集铀和钚燃料对比
5.2 燃料盐与堆芯几何选择
5.2.1 燃料盐选择
5.2.2 堆芯几何选择
5.3 基于钚燃料的边增殖边燃烧(B&B)方案分析
5.3.1 钚和铀同位素质量变化
5.3.2 易裂变核素裂变率份额变化
5.3.3 233U净积累与转换比变化
5.3.4 重金属加料率变化
5.3.5 中子能谱变化
5.3.6 温度反馈系数变化
5.3.7 本节总结
5.4 基于钚燃料的预增殖(PB&B)过渡方案
5.4.1 不同处理条件下233U净积累与铀同位素质量变化
5.4.2 重金属与PU摩尔含量的变化
5.5 B&B方案与PB&B方案对比
5.6 本章总结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录A：论文发表情况、其他科研经历及成果
致谢
本文编号：3961882
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