氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆中子學(xué)特性分析研究.pdf

1、行波堆通過點火區(qū)裂變中子驅(qū)動增殖區(qū)的238U轉(zhuǎn)換和裂變，理論上可以利用增殖燃燒波的移動，將堆內(nèi)裝載的238U高效利用，是裂變能應(yīng)用的一種理想途徑。在傳統(tǒng)的行波堆中，為了維持增殖燃燒波的行進(jìn)，燃料組件需要承受的輻照遠(yuǎn)超過目前材料的允許限值，導(dǎo)致其實現(xiàn)難度較大。利用外中子源的驅(qū)動，可以在一定程度上降低材料的輻照，實現(xiàn)行波堆的功能，從而實現(xiàn)高燃料利用率和次臨界固有安全性的兼顧，對核能的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文提出了基于氣動磁鏡聚變中子源的次

2、臨界行波堆物理方案，通過中子源位置的主動調(diào)節(jié)，推動增殖燃燒波的行進(jìn)，實現(xiàn)行波堆的功能。本文主要開展的研究工作具體包括:
　　提出了一種利用氣動磁鏡聚變中子源驅(qū)動次臨界行波堆堆芯設(shè)計方法。通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度分布和中性束注入位置實現(xiàn)中子源的主動調(diào)節(jié)，可用于驅(qū)動次臨界行波堆，實現(xiàn)了行波堆的功能。在此基礎(chǔ)上，闡述了氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆的基本組成、物理原理以及中子學(xué)特點。
　　開展了次臨界鉛基行波堆中子學(xué)設(shè)計與優(yōu)化?；谠O(shè)計原則與

3、目標(biāo)，以鉛冷行波堆為參考方案，利用中子輸運(yùn)設(shè)計與安全評價軟件系統(tǒng)SuperMC和混合評價核數(shù)據(jù)庫HENDL為研究手段，開展不同堆芯關(guān)鍵參數(shù)對堆芯性能影響分析。研究結(jié)果表明，采用富集度12％的U-10％Zr金屬燃料，208Pb作為冷卻劑和反射層時，次臨界行波堆堆芯具有較優(yōu)的性能。當(dāng)中子源初始位置位于20-100cm，移動速率為5cm/a時，其與次臨界行波堆的增殖燃燒波速度匹配后性能最佳。
　　開展了次臨界鉛基行波堆中子學(xué)瞬態(tài)安全分析

4、。通過數(shù)值模擬的方式，針對氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆堆芯開展中子學(xué)瞬態(tài)安全分析，重點關(guān)注次臨界堆芯反應(yīng)性引入和外中子源擾動兩個方面。研究結(jié)果表明:擾動后經(jīng)一定時間運(yùn)行后，系統(tǒng)源強(qiáng)需求、堆芯有效增殖因數(shù)keff中子通量分布、功率分布和易裂變核素核子密度分布等參數(shù)都可以再次回到穩(wěn)定狀態(tài)，相比較于擾動前，擾動引入之后的參數(shù)基本保持一致。
　　綜上，本文提出一種氣動磁鏡聚變驅(qū)動鉛冷行波堆堆芯設(shè)計方案，開展了次臨界鉛基行波堆中子學(xué)優(yōu)化與分析