熔盐堆不同堆芯边界下的物理研究.pdfVIP

第36卷第3期 核 技 术 V-01．36．No．3 2013年3月 NUCLEAR March2013 TECHNIQUES 熔盐堆不同堆芯边界下的物理研究 刘亚芬1，2 梅龙伟1，2蔡翔舟1 1(中国科学院上海应用物理研究所上海201800) 2(中国科学院大学北京100049) 摘要熔盐堆的进出口通道与堆芯相互连通，流动的液态燃料可以在通道和堆芯间自由穿行，有别于具有固 定边界条件传统固体燃料反应堆。本文基于蒙特卡罗程序MCNP，以MSRE为参考反应堆，系统研究了熔盐 堆不同燃料区域对反应堆物理的影响，其内容包括堆罐顶部和底部燃料，流通管道内燃料。分析了不同边界 条件下的堆芯物理，给出了有效堆芯区域。结果表明，堆罐顶部和底部燃料对有效增殖因子(kff)和能谱影 响较大，出口管道半径小于25cm对有效增殖因子影响不大，管道长度超过20cm后对有效增殖因子的扰动 可以忽略，从而为熔盐堆的设计和计算程序的开发提供了理论基础。 关键词熔盐堆、有效堆芯、MSRE、边界条件 中图分类号TL249 熔盐堆是第四代反应堆论坛(GIF)选定的六慢化剂棒长160cm，边长5．08cm，将其四个面凿U 种先进反应堆中唯一的液态燃料反应堆，最早的研 型孔道，与相邻石墨棒面上的U型孔道拼成熔盐燃 cm。 究开始于二十世纪五十年代【l’21。熔盐堆的固有本征 料的通道，燃料通道组成的活性区直径为140 安全性，高温低压运行、简单的燃料后处理以及适 从顶部看，石墨慢化剂棒与燃料通道外层为1cm厚 合烧钍等特点都是其他堆型所不具备的【3巧]，其优异 的反应堆罐，再外层是反应堆壳，反应堆壳材料为 的物理性能正越来越多地受到科研界的青睐。 INOR．8合金(现称哈氏一N型合金)。熔盐燃料从燃 熔盐堆的燃料在堆芯内不断流动，其燃料布满 料入口流入进入反应堆罐与反应堆壳之间，起到冷 整个反应堆容器和一回路，要精确对熔盐堆物理和 却作用，随后流至反应堆罐底部形成“堆罐底部燃 安全进行计算，需要将整个一回路系统作为整体来 料区”。燃料熔盐在堆罐底部燃料区由防涡流叶片引 研究。由于几何条件限制，现有反应堆程序无法做 导往上流入由石墨慢化剂棒组成的燃料通道，然后 到整体考虑。没有确定的堆芯和边界条件，或者边 流入反应堆罐顶盖处形成的“堆罐顶部燃料区”，最 界条件不规则，是熔盐堆与传统固体燃料反应堆一 后由反应堆出口通道流入燃料出口管道。熔盐流速 个很大的区别。 为1．514 in3／min。表1中列出了反应堆主要区域材 本文基于蒙卡程序MCNF，以六十年代美国建料及密度。实验采用的熔盐燃料和冷却盐分别为 造的熔盐实验堆MSRE作为参考，建立了熔盐堆模LiF—BeF2一ZrF4一UF4 型。分别针对出口管道长度和半径的变化，以及反 2LiF—BeF2(66-34mole％)。 应堆顶部和底部燃料流动导致的堆芯偏移来分析 表1MSRE堆不同区域材料及密度 拓价能谱和通量分布，得到了一些重要的结论，并 Table1Thematerialsand for correspondingdensity 且给出了明确的有效堆芯