液态氟盐冷却球床堆的蒙特卡洛模拟研究

【摘要】液态氟盐冷却球床堆(LSPBR)是氟盐冷却高温堆(FHRs)中的一种,属于第四代反应堆范畴,具有良好的经济性、安全性、可持续性和防核扩散性。其核心特点是：使用液态氟盐作为冷却剂以及使用包覆颗粒燃料。本论文首先利用一个单栅元模型、一个单组件模型和两个全堆芯模型的基准题,对三种蒙特卡洛模拟程序SCALE5.1、MCNPX和MOCBurnup的模拟数据可靠性进行了验证,结果显示：三种蒙特卡洛模拟程序SCALE5.1\MCNPX和MOCBurnup,在静态基准题验证中,其模拟结果的相对偏差均不超过千分之五,在动态验证中其平均偏差小于1%,在反应堆初步设计中,这种偏差是可以接受的。接着,使用SCALE5.1程序,对采用不同启动燃料组合的液态氟盐冷却球床堆的中子学问题进行了模拟研究,分别比较了keff、满功率运行天数(EFPD)、燃耗和初始中子能谱等重要参数。模拟结果显示：1)易裂变材料相同时,由于232Th对热中子吸收比238U的小,导致采用232Th启堆的初始keff较高,且初始能谱也会偏热一点；2)采用233U和235U启堆,初始能谱较热,由于232Th的(n,γ)反应生成的233Pa对热中子有较大的吸收截面,因此,采用232Th的组合在中后期keff下降很快,而使用238U的组合Keff下降速率较平稳,最终232Th实际转换成易裂变材料的量不如238U转换的多,因而会消耗更多的易裂变核燃料；3)使用239Pu启堆时,由于239Pu的热中子吸收导致能谱偏硬,此时使用232Th表现出很好的增殖性能,反应堆能维持更长的时间,而使用238U时因其对超热中子的大量吸收导致反应堆不能自持。从节约易裂变核燃料和延长堆芯寿期综合考察,得到的结论为：232Th在热谱中的表现不如238U,但在超热谱中232Th优于238U,即232Th更适合在较硬的热堆或中能堆中进行增殖。最后,选用一种燃料组合(即233U232Th组合),采用SCALE5.1程序对这种液态氟盐冷却球床堆进行了堆芯分区模拟,分析研究了燃料分区布置优化以及中子平衡。结果显示：1)中子通量分布沿径向是逐渐减小的,故燃耗深度大致也是按径向逐渐减小,随着反应堆运行,各区功率会有趋于展平；2)对燃料径向进行合理分区布置后,功率虽然在较短时间内就趋于展平,但对提高堆芯循环长度没有明显作用,不同区域功率展平的安全意义大于物理意义；3)将燃料分区布置有助于功率的展平,但各区燃料富集度的跨度不宜过大,富集度的跨度在1%左右(不超过2%)为宜;4)对中子平衡分析得出,这种堆型还不太适宜钍燃料增殖,还需要更进一步细致优化。
【作者】陈亮；
【导师】姚泽恩；陈金根；
【作者基本信息】兰州大学，核能与核技术工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】LSPBR；钍燃料；SCALE5.1；MOCBumup；MCNPX；

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