加速器驱动次临界系统课件.pptVIP

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目?加速器界(ADS)的研背景?加速器界(ADS)?ADS的展状及?ADS先研?ADS未来展望

一.加速器界(ADS)的研背1.核裂景能的快速展发展清洁能源是我国及全球能源可持续发展的战略选择。核裂变能是技术成熟的清洁能源,具有高效、低碳排放、安全可靠和可规模生产的突出优势,是解决未来能源供应、保障经济社会可持续发展的战略选择。2.乏燃料与核料要实现核裂变能的快速、可持续发展,在确保安全的前提下必须解决两个重大问题:核燃料的稳定可靠供应和乏燃料(尤其是其中的长寿命高放射性核废料)的安全处理和处置。后一个问题是我国乃至国际核能界无法回避的重大问题,也是尚未解决的世界性难题。3.核燃料的“分离—嬗”循策略根据乏燃料和高放射性核废料处理处置方式的差异,国际上主要有三种核燃料循环模式:一次通过的“开环”模式,铀/钚再利用(MOX燃料)的“闭式循环”模式,和“分离—嬗变”(partition—transmutation)闭式循环模式。

二.加速器界(ADS)1.ADS概念的形成由Brookhaven国家实验室H.Takahashi和G.VanTuyle领导的研究团队最早在80年代的后期发展起来的具有现代意义的、旨在探索先进核能系统、提高核安全和解决核废料安全处置的ADS的概念。1991年,LosAlamos国家实验室的C.Bowman第一个给出了嬗变装置的详细设计方案,该方案利用来自加速器的高能质子束流产生散裂中子去驱动次临界、热中子反应堆,目的是实现核废料嬗变与核能发电。此外,Brookhaven国家实验室的H.Takahashi提出了基于快中子次临界包层的设计方案,其主要目的是焚烧次锕系核素。1993年,CarloRubbia和他领导的工作团队提出了“能量放大器”的概念。这是一个基于铀—钍循环的次临界核能系统,通过一个强流质子加速器产生的外中子源驱动进行核能发电,同时大大减少次锕系核素和长寿命裂变产物的量。随后开展了一系列实验研究,验证了加速器驱动次临界系统的原理与可行性[6,7]。

2.ADS的构成与原理

ADS系统由强流质子加速器、重金属散裂靶和次临界反应堆三大分系统组成,它集成了20世纪核科学技术发展的两大工程技术——加速器和反应堆技术。其基本原理是,利用加速器产生的高能强流质子束轰击重核产生宽能谱、高通量散裂中子作为外源来驱动次临界堆芯中的裂变材料发生链式反应。散裂中子和裂变产生的中子除维持反应堆功率水平所需以及各种吸收与泄露外,余下的中子可用于核废料的嬗变或核燃料的增殖。次锕系核素与快中子发生裂变核反应,生成半衰期较短和毒性较小的裂变产物;长寿命裂变产物的嬗变主要通过热中子俘获、衰变等核反应过程生成短寿命或稳定的核素。如99Tc俘获一个中子后生成半衰期为15.8s的100Tc,再经过β衰变后变成稳定核素100Ru;129I中子俘获生成半衰期为12.4小时的130I,最终经过β衰变至稳定核素130Xe。

3.ADS的技目前世界上尚无建成ADS集成系统的先例,这在一定程度上阻碍了ADS技术的深入研究,特别是系统集成及核废料嬗变的实验验证等方面的研究。ADS次临界反应堆系统面临的主要问题为散裂中子源带来的堆芯内功率分布不均匀,新型冷却剂的热工及材料相容性,加速器失束时对反应堆的热冲击,长时间强中子辐照等极端环境下的燃料元件及材料问题等。同时还要解决ADS的核燃料所涉及的乏燃料的铀、钚分离,次锕系核素的分离以及新型燃料组件的制备等难题。

三.ADS的展状及1.国外的展状及目前国际上关于ADS的学术交流、研讨会及科技合作日益活跃与频繁,欧盟各国以及美、日、俄等核能科技发达国家均制定了ADS中长期发展路线图,正处在从关键技术攻关逐步转入建设系统集成的ADS原理验证装置阶段。欧盟联合了40多家大学和研究所等机构,充分利用现有核设施合作开展实验研究。如MUSE计划开展ADS中子学研究;MEGAPIE计划开展MW级液态Pb—Bi冷却的散裂靶研究;MYRRHA计划期望在2023年左右建成由加速器驱动的铅铋合金(Pb—Bi)冷却的快中子次临界系统,其主要设计指标为功率85MWth的反应堆,600MeV/4mA的强流加速器,铅铋合金作为靶和冷却剂;MAX计划的目的是为MYRRHA的加速器装置的最终设计方案提供第一手的实验与模拟数据;FRERA计划主要专注于ADS系统在线反应性监测方法的实验验证。

2.我国ADS研究状及展

四.ADS先研1.ADSADS超导质子直线加速器系统的各单项技术已实现突破,开始向系统集成研究阶段转换。在单项技术突破方面,成功研制了高稳定度的强流质子源;162.5MHz@2.1MeVADS射频四极加速器是国际上第二个超过10mA的连续波质子

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