钍基次临界氯盐堆概念设计
发布时间：2023-04-22 02:05
熔盐堆作为第四代先进核反应堆的六种候选堆型之一,具有燃料形式简单灵活,中子经济性较好等优点,在实现钍资源高效利用方面有着巨大的潜力和优势。钍基熔盐堆的研究起始于上世纪50年代,但由于燃料盐在线处理技术要求过高,石墨寿命限制、缺少研发经费等问题,钍基熔盐堆的研发进入低潮期。2010年以后,对钍基熔盐堆的兴趣开始复苏,2011年,中国科学院启动了钍基熔盐堆专项先导项目(TMSR),TMSR提出了一条三步发展路线,最终在熔盐堆上实现钍铀循环。此外,许多私人公司也开始加入钍基熔盐堆的研发行列,如泰拉能源公司、ThorCon USA公司等。钍基熔盐堆经过将近70年的发展,目前其设计理念也出现了很大的变化,比如:不再追求高增殖能力以避免复杂的燃料在线后处理流程;尽量采用简化的堆芯设计,降低系统复杂度,避免新技术的研发,加快商业部署。在上述设计理念下,本文基于次临界氯盐快堆的物理方案,提出了钍基熔盐能量放大器(Thorium-based Molten Salt Fast Energy Amplifier,TMSFEA)的概念设计,TMSFEA采用简单的堆芯设计,堆芯中的熔盐即作为燃料也作为散裂靶,通...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 核能发展现状
1.2 钍资源与钍铀循环
1.2.1 钍的性质和来源
1.2.2 钍铀燃料循环特点
1.2.3 钍燃料在反应堆中的利用
1.3 熔盐堆钍利用介绍
1.3.1 熔盐堆原理及特点
1.3.2 钍基熔盐堆的研究历史与现状
1.3.3 钍基熔盐堆存在的问题及挑战
1.4 本文主要研究目标及内容
第2章 次临界系统燃耗程序开发
2.1 燃耗计算程序MOBAT
2.1.1 MCNP5简介
2.1.2 ORIGEN2 简介
2.1.3 MOBAT耦合程序介绍
2.2 次临界装置燃耗计算程序MOADS
2.2.1 外源中子效率
2.2.2 加速器束流
2.2.3 MOADS开发
2.2.4 程序验证
2.3 本章小结
第3章 散裂反应原理及散裂靶中子学性能分析
3.1 散裂反应原理
3.1.1 核内级联过程
3.1.2 去激发过程
3.1.3 散裂产物
3.1.4 散裂中子
3.2 散裂反应计算模型
3.2.1 核内级联模型(INC)
3.2.2 蒸发模型
3.2.3 裂变模型
3.2.4 蒸发与裂变的竞争
3.3 散裂反应计算模拟程序
3.3.1 HETC程序
3.3.2 LAHET程序
3.3.3 MCNPX程序
3.4 散裂靶中子学性能分析
3.4.1 计算方法与工具
3.4.2 计算模型
3.4.3 结果与分析
3.4.3.1 中子产额及中子能谱对比
3.4.3.2 质子入射高度选择
3.4.3.3 能量沉积计算
3.4.3.4 散裂产物计算
3.5 本章总结
第4章 钍基次临界氯盐堆中子学设计
4.1 次临界氯盐堆TMSFEA原理介绍
4.1.1 能量放大器概念
4.1.2 能量增益G
4.1.3 核燃料转换比CR
4.1.4 TMSFEA的设计目标
4.2 TMSFEA的设计与优化
4.2.1 TMSFEA燃料盐
4.2.2 TMSFEA加速器质子能量与束流功率
4.2.3 TMSFEA反射层设计
4.2.4 TMSFEA堆芯几何参数及熔盐配比
4.2.5 TMSFEA燃耗计算分析
4.3 本章小结
第5章 基于多循环演化的燃料循环方案研究
5.1 多循环演化燃料循环方案介绍
5.2 多循环燃耗演化研究
5.2.1 keff、CR以及加速器束流强度演化
5.2.2 堆内易裂变核素裂变率份额变化
5.2.3 堆内主要核素的质量演化
5.3 多循环物理性能
5.3.1 堆芯能谱与中子通量密度分布
5.3.2 功率分布
5.3.3 钍的利用率
5.3.4 放射性毒性
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 特色与创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3796695
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 核能发展现状
1.2 钍资源与钍铀循环
1.2.1 钍的性质和来源
1.2.2 钍铀燃料循环特点
1.2.3 钍燃料在反应堆中的利用
1.3 熔盐堆钍利用介绍
1.3.1 熔盐堆原理及特点
1.3.2 钍基熔盐堆的研究历史与现状
1.3.3 钍基熔盐堆存在的问题及挑战
1.4 本文主要研究目标及内容
第2章 次临界系统燃耗程序开发
2.1 燃耗计算程序MOBAT
2.1.1 MCNP5简介
2.1.2 ORIGEN2 简介
2.1.3 MOBAT耦合程序介绍
2.2 次临界装置燃耗计算程序MOADS
2.2.1 外源中子效率
2.2.2 加速器束流
2.2.3 MOADS开发
2.2.4 程序验证
2.3 本章小结
第3章 散裂反应原理及散裂靶中子学性能分析
3.1 散裂反应原理
3.1.1 核内级联过程
3.1.2 去激发过程
3.1.3 散裂产物
3.1.4 散裂中子
3.2 散裂反应计算模型
3.2.1 核内级联模型(INC)
3.2.2 蒸发模型
3.2.3 裂变模型
3.2.4 蒸发与裂变的竞争
3.3 散裂反应计算模拟程序
3.3.1 HETC程序
3.3.2 LAHET程序
3.3.3 MCNPX程序
3.4 散裂靶中子学性能分析
3.4.1 计算方法与工具
3.4.2 计算模型
3.4.3 结果与分析
3.4.3.1 中子产额及中子能谱对比
3.4.3.2 质子入射高度选择
3.4.3.3 能量沉积计算
3.4.3.4 散裂产物计算
3.5 本章总结
第4章 钍基次临界氯盐堆中子学设计
4.1 次临界氯盐堆TMSFEA原理介绍
4.1.1 能量放大器概念
4.1.2 能量增益G
4.1.3 核燃料转换比CR
4.1.4 TMSFEA的设计目标
4.2 TMSFEA的设计与优化
4.2.1 TMSFEA燃料盐
4.2.2 TMSFEA加速器质子能量与束流功率
4.2.3 TMSFEA反射层设计
4.2.4 TMSFEA堆芯几何参数及熔盐配比
4.2.5 TMSFEA燃耗计算分析
4.3 本章小结
第5章 基于多循环演化的燃料循环方案研究
5.1 多循环演化燃料循环方案介绍
5.2 多循环燃耗演化研究
5.2.1 keff、CR以及加速器束流强度演化
5.2.2 堆内易裂变核素裂变率份额变化
5.2.3 堆内主要核素的质量演化
5.3 多循环物理性能
5.3.1 堆芯能谱与中子通量密度分布
5.3.2 功率分布
5.3.3 钍的利用率
5.3.4 放射性毒性
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 特色与创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3796695
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3796695.html