石墨—熔盐反应堆堆芯中子通量与钍铀转换比研究

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1、石墨—熔盐反应堆堆芯中子通量与钍铀转换比研究汤晓斌收稿日期：；修回日期：基金项目：中国博士后科学基金资助项目（20100481140）；南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目（Y1065-063）作者简介：汤晓斌（1978—），男，江苏常州人，南京航空航天大学材料科学与技术学院核科学与工程系讲师，核技术及应用方向tangxiaobin@nuaa.edu.cn，谢芹1,2，姚泽恩2，陈达1(1.南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京210016；2.兰州大学核科学与技术学院，甘肃兰州730000)摘要：作为获国际认可的第四代核电站反应堆堆型之一的熔盐堆

2、，具有固有安全性高、经济性好、核资源可持续发展以及易于防止核扩散等优点。针对石墨—熔盐零功率堆的几何参数，利用蒙特卡罗计算程序MCNP5建立了物理计算模型，计算临界情况下堆芯径向、轴向中子通量及增殖区厚度与Th-U转换比CR的关系。结果表明，1）石墨—熔盐零功率堆堆芯中子通量密度分布较为平坦；2）石墨—熔盐零功率堆反射层厚度和增殖区厚度在一定范围内，转换比CR随反射层厚度或增殖区厚度的增加而增加，当超出该范围，转换比CR不再随反射层厚度或增殖区厚度的增加而明显增加。关键词：熔盐堆；蒙特卡罗方法；MCNP；中子通量中图分类号：TL329文章标志码：A文章编号：S

3、tudiesofneutronfluxandTh-Uconversionrationforgraphite-moltensaltreactorAbstract:Themoltensaltreactor(MSR)istheonlyoneliquid-fuelreactorinsixcandidatesofGenerationIVadvancednuclearreactor,whichischaracterizedbyremarkableadvantagesinsafety,economicsandsustainabledevelopmentofthefissil

4、eresourceandproliferationresistanceofnuclearenergy.Inthispaper,adetailedcomputationalmodelusingtheMonteCarlocodeMCNP5hasbeensetup,inordertohaveadetailedstudyaboutradical/axisneutronfluxandtheinfluencesofthereflectthicknessorblanketthicknessontheconversionration(CR)oftheTh-Ufuelcycle

5、.Mainresultsobtainedinthiscalculationshowthat(1)Theneutronfluxdistributionofthegraphite-moltenzeropowerreactorcoreisrelativelysmooth;(2)Theconvertratiowillincreasesinacertaindegreewiththethicknessofreflectorand/orthethicknessofbreedingregionandwhenitexceedthisdegreetheconvertratioca

6、nnotgetincreasedsignificantly.Keywords:Moltensaltreactor;MonteCarloMethod;MCNP;Neutronflux10引言熔盐堆概念最早由美国橡树岭国家实验室（ORNL）提出[1]，由于其中子经济性、连续换料特性和固有安全性、发电效率高、核资源利用效率高、防止核扩散等优点倍受国际核能界的推崇[2,3]，并被第四代国际核能论坛（GIF）确定为六种第四代反应堆候选堆型之一，同时也是唯一的一个液体燃料反应堆[4]。熔盐堆与其它堆型最大的不同是其采用溶解在氟化锂、氟化钠等氟化物的钍或铀的液态融合物作为燃

7、料[5]。这个特性决定了熔盐堆中熔盐即是燃料又是冷却剂，而且熔盐堆中含有裂变材料与转换材料仅在流入堆芯处达到临界。这一与现有常规固体燃料反应堆截然不同的工作原理，对新型熔盐反应堆堆的物理设计和研究工作提出了更高要求，尤其对于堆芯内的中子输运计算存在较大难度[6]。本文通过基于蒙特卡罗方法的数值模拟计算方法，研究石墨—熔盐零功率堆中子通量分布，以及增殖区厚度与Th-U转换比CR的关系，为我国今后开展熔盐堆的实验工作提供重要的理论依据和参考。1石墨-熔盐零功率堆模型1.1反应堆整体石墨—熔盐零功率堆是一种冷态熔盐堆，产生的热量不足以将其燃料融化，其燃料仍然为块状燃

8、料。整个反应堆为高4195mm，直径为