在滿(mǎn)足功率輸出以及核電廠安全運(yùn)行的前提下,為了降低核電廠的單位度電成本,需要確定合理的燃料管理方案。2011年中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所承擔(dān)研究“釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)”先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng),主要研究石墨慢化的液態(tài)熔鹽堆,以及球形組件的氟鹽冷卻球床高溫堆。液態(tài)熔鹽堆的燃料以液態(tài)的形式溶解在熔鹽中,燃料鹽中各種核素在一回路中均勻混合,具有連續(xù)后處理的燃料管理模式;氟鹽冷卻球床高溫堆的燃料組件為具有雙重非均勻性的燃料球,其在堆芯內(nèi)連續(xù)移動(dòng),并且可以多次通過(guò)堆芯,在達(dá)到卸料燃耗深度后卸出堆芯。這些特征給熔鹽堆的燃料管理計(jì)算帶來(lái)新的挑戰(zhàn),因此開(kāi)展熔鹽堆的燃料管理研究,對(duì)于熔鹽堆的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。首先,針對(duì)液態(tài)熔鹽堆燃料均勻混合與連續(xù)后處理的特征,開(kāi)發(fā)了燃料管理分析程序LMSR并進(jìn)行了驗(yàn)證。開(kāi)展了均勻化、連續(xù)后處理、加料搜索方面的研究。具體包括:1)針對(duì)2 MW液態(tài)熔鹽堆建立合適的均勻化模型,在使用7群少群結(jié)構(gòu)時(shí),給出不同控制棒組的反應(yīng)性積分價(jià)值、功率分布以及溫度反應(yīng)性系數(shù);2)對(duì)六邊形組件的液態(tài)模塊化熔鹽堆進(jìn)行均勻化與燃耗計(jì)算,使用等效能譜的方法給出燃料均勻混合有效增殖因子隨燃耗的演... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：150 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

國(guó)內(nèi)石油開(kāi)采、銷(xiāo)量與進(jìn)口量（a）；國(guó)內(nèi)天然氣開(kāi)采、銷(xiāo)量與進(jìn)口量（b）

基于DRAGON與DONJON的熔鹽堆堆芯燃料管理與優(yōu)化研究2中，核能機(jī)組的裝機(jī)容量從2010年的1082萬(wàn)千瓦增加到2018年的4466萬(wàn)千瓦，風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量從2010年的2958萬(wàn)千瓦增加到2018年的18426萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量從2010年的26萬(wàn)千瓦增加到2018年的17463萬(wàn)千瓦。相比較可再生能源普遍具有的間歇性與波動(dòng)性、依賴(lài)于所建地區(qū)的氣候資源，核能可以保證穩(wěn)定的功率輸出，并且不依賴(lài)于所建地區(qū)的氣候資源，因此更適合作為基礎(chǔ)電荷進(jìn)行部署。圖1.2清潔能源裝機(jī)容量（a）；清潔能源裝機(jī)容量占比份額（b）Figure1.2(a)Installedcapacityofcleanenergy;(b)Shareofinstalledcapacityofcleanenergy盡管核能具有清潔、功率輸出穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，但是由于核能發(fā)生的三次嚴(yán)重事故，即1979年的美國(guó)三哩島事故[3]、1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故[4]以及2011年的日本福島事故[5]，使得核電在公眾的信任度降低。除此之外，核能目前存在的核廢料處理問(wèn)題、核燃料的高效利用問(wèn)題，限制了核能的進(jìn)一步發(fā)展。為了解決核能發(fā)展面臨的可持續(xù)性、安全性、核廢料最小化和防核擴(kuò)散等問(wèn)題，美國(guó)能源部DOE在2000年1月召集阿根廷，巴西，加拿大，法國(guó)，日本，韓國(guó)，南非，英國(guó)共九個(gè)國(guó)家討論四代堆在國(guó)際間的合作，并在2001年的時(shí)候成立了第四代堆論壇（GIF）[6]。GIF對(duì)四代堆的目標(biāo)有四點(diǎn)[7]，分別是：（1）可持續(xù)性。包含兩個(gè)子目標(biāo)，分別是燃料利用率的提高與核廢物最小化；（2）經(jīng)濟(jì)性。包含兩個(gè)子目標(biāo)，分別是降低燃料循環(huán)整個(gè)周期的費(fèi)用，以及建造反應(yīng)堆時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)可控，即隔夜成本與建設(shè)反應(yīng)堆的工期可以承受；

第一章7ORNL開(kāi)展了MSRE（MoltenSaltReactorExperiment）實(shí)驗(yàn)堆的研究[27,28]，其主要目的是研究慢化劑石墨壽命與燃料鹽組份的關(guān)系，并測(cè)試不同類(lèi)型燃料性質(zhì)，以及提供熔鹽堆運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。MSRE的設(shè)計(jì)熱功率為8WMt，一回路出口溫度為663℃，燃料鹽為L(zhǎng)iF-BeF2-ZrF4-UF4(65-29-5-1mol%)，慢化劑為石墨，二回路的冷卻劑為L(zhǎng)iFe-BeF2熔鹽，管道及堆芯使用Hastelloy-N合金。在運(yùn)行過(guò)程中，使用氦鼓泡方法去除難溶于熔鹽的裂變氣體與貴金屬，并采用包含U-233、U-235及Pu-239三種裂變?nèi)剂系娜剂消}。MSRE的成功運(yùn)行證實(shí)了熔鹽堆技術(shù)的可行性。MSRE整體系統(tǒng)示意圖如圖1.3所示。圖1.3MSRE核能系統(tǒng)示意圖Figure1.3schematicdiagramofMSREnuclearpowersystemORNL在MSRE的研究基礎(chǔ)上，開(kāi)展了熔鹽增殖堆MSBR(MoltenSaltBreederReactor)的概念設(shè)計(jì)[29]，目標(biāo)是研究熔鹽堆在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性。MSBR的設(shè)計(jì)電功率為1GWe，熱功率2250MWth，燃料鹽的入口與出口溫度分別為566℃與704℃。燃料鹽為L(zhǎng)iF-BeF2-ThF4-UF4，慢化劑為石墨，二回路冷卻劑為NaBF4和NaF熔鹽。為了在熔鹽堆上實(shí)現(xiàn)釷鈾循環(huán)，除了通過(guò)在線連續(xù)去除難溶于熔鹽的裂變氣體與貴金屬外，還使用在線燃料處理裝置對(duì)燃料鹽中的Pa-233和鑭系元素進(jìn)行后處理。通過(guò)將Pa-233提取到堆外衰變的方式，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]釷基氟鹽冷卻高溫堆燃料球中子學(xué)性能優(yōu)化研究[D]. 房勇漢.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所) 2019
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[3]高溫氣冷反應(yīng)堆中燃耗測(cè)量方法研究和原型研制[D]. 閆威華.清華大學(xué) 2013
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本文編號(hào)：3321196