20世紀(jì)80年代以來(lái),中國(guó)原子能科學(xué)研究院在國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)、建造了9座微型反應(yīng)堆(微堆),這些微堆均采用高濃鈾為燃料。隨著全球防止核擴(kuò)散的形勢(shì)要求,微堆低濃化工作受到了國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注。在保持微堆功率和堆芯幾何尺寸不變的情況下,通過(guò)原型微堆燃料從高濃鈾向低濃鈾轉(zhuǎn)化的研究,針對(duì)堆芯設(shè)計(jì)、裝卸料和實(shí)驗(yàn)技術(shù),開(kāi)展了物理計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)量等工作,采用²³⁵U富集度12.5%UO₂燃料替代²³⁵U富集度約90%U-Al合金燃料,微堆低濃化后調(diào)試結(jié)果滿足應(yīng)用要求,并保持了很好的固有安全特性。

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【部分圖文】：

圖1燃料組件結(jié)構(gòu)

微堆堆芯內(nèi)有1根中心控制棒和1個(gè)燃料組件,中心控制棒位于燃料組件中心,燃料組件位于堆芯中心。燃料組件包含定位柵格架和燃料元件。定位柵格架由上、下柵板及中心控制棒導(dǎo)管和5根鋁制拉桿連接而成,直徑為241mm、高為278mm,共有11圈按同心圓排列的411個(gè)元件柵位。高濃鈾堆芯的....

圖2堆芯布置

低濃鈾堆芯采用UO2為燃料元件芯體,Zr-4為包殼,在保持與原高濃鈾堆芯結(jié)構(gòu)、尺寸一致的條件下,通過(guò)計(jì)算分析確定合適的燃料芯體235U富集度。在滿裝載的情況下,計(jì)算不同235U富集度下的keff,結(jié)果表明,當(dāng)富集度小于11.5%時(shí),無(wú)法滿足臨界要求;當(dāng)富集度為12.5%時(shí),滿裝載....

圖3熱中子通量密度分布

微堆固有安全性主要與后備反應(yīng)性、慢化劑溫度系數(shù)及燃料溫度系數(shù)相關(guān)。微堆后備反應(yīng)性為3.94mk,約為βeff的一半,不會(huì)發(fā)生瞬發(fā)臨界。采用WIMSD-4和CITATION程序計(jì)算了不同溫度下的慢化劑、燃料溫度系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明,慢化劑(20～90℃)的平均溫度反應(yīng)性系數(shù)為-0....

圖4微堆低濃化卸料裝置

采用MCNP程序?qū)θ剂辖M件卸出的過(guò)程中進(jìn)行了臨界安全和事故分析。燃料組件提升過(guò)程中keff始終小于1;即使發(fā)生堆芯跌落水中事故,燃料柵距發(fā)生變化,最大keff為0.90864,無(wú)臨界安全風(fēng)險(xiǎn)。卸料裝置包含專用卸料操作工具、堆芯屏蔽鉛罐、滑車、暫存容器和卸料支架等部件,圖4為微堆....

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