三束流及辅助停堆ads系统堆芯设计

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1、南华大学硕士学位论文三束流及辅助停堆ADS系统堆芯设计姓名：李小华申请学位级别：硕士专业：核技术及应用指导教师：于涛20090501摘要现有裂变核能系统中存在若干制约核能可持续发展的因素。例如裂变产生的高放射性、核反应堆的超临界事故、铀资源的利用率偏低等。ADS很好地解决了上述问题。ADS是加速器驱动次临界洁净核能系统(AcceleratorDrivenSub-criticalSystem)的缩写，它是利用加速器加速的高能质子与重靶核(如铅)发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源来驱动次临界包层系统，使次临界包层系统维持链式反应以便得到能量和利用多

2、余的中子增殖核材料和嬗变核废物；它的运行处于次临界状态，具有本征安全性。ADS以其良好的资源、环境和安全效益赢得了越来越多政府和核能界的关注，并成为2l世纪核能研究领域的热点之一．按照ADS的设计概念，加速器驱动系统中次临界堆芯的功率水平依靠强流质子轰击散裂靶产生的中子源来维持。因此，质子束流的不稳定性，以及任何形式的失束都将对次临界堆的功率水平产生影响，进而影响ADS的停堆深度。如果单纯依靠高功率质子加速器(HPPA)断束停堆，现行的加速器驱动次临界堆芯设计存在停堆安全性的问题，断束后次临界堆仍然会保持一定的功率水平，可能会出现反应堆停堆后的DNB，危及反应堆的完整性和ADS的安全运行。

3、出于ADS断束停堆中的安全考虑，本文以搿启明星--1#"实验装置为设计研究对象，在“启明星一l撑一实验装置快区内互成1200的三对称性位置各拨出7根燃料棒，在该区域添加三根质子束管设计构成三束流驱动ADS装置，并对该装置设计开展了加装辅助停堆系统参数计算分析。‘本文主要开展了以下五方面的研究工作：(1)建立三束流ADS堆芯物理模型；(2)计算不同热区栅距的三束流ADS有效增殖系数；(3)计算三束流与单束流ADS堆内径向和轴向中子通量分布；(4)计算三束流ADS堆内中子通量密度能谱分布；(5)优化三束流ADS堆布置控制棒方案；结果表明：三束流ADS与单束流ADS相比，具有展平径向功率分布，降

4、低热点因子的优点；将源的位置由正中,G,0cm上调至5cm能减小轴向偏移；三束流mADS堆内的中子通量能谱分布与“启明星一l群一的特点相吻合；合理地选择控制棒材料、数量和布置位置，能使控制棒价值达控制棒反应性当量的要求。本文的研究将为加速器驱动核能系统的工程设计、建造和安全分析提供参考建议；丰富我国嬗变核废料的加速器驱动次临界系统关键技术研究的基础数据和内容。关键词t三束流，有效增殖系数，中子通量，能谱，控制棒AbstractTlacroamsomefactorsthatCallrestricttlaosustainabledcvelopm伽toftlaenuclearellCl'科int

5、hecutr锄tfissionsystem,thehighradioactiveproducedfromfissionandthesupereritiealaeeidemofl-cactor，tlaolowutilizationrateofuraniuml'l曙outceand80on-11坞AcceleratorDriv∞Sub-criticalSystom(ADS)啪l燃rcctlysolvetlaeseproblemsthathavebeenmotionedabove．First,ADSCallmakelI∞ofthohigh∞e蝌proton(aeecl酬intheaccelera

6、torr％ctor)withtheweightedtargetnucleus(suchaslead)toindueothespallationreaction；second,觚ofneutronsoul鹏isproducedintlaeproeeuoftlaospallationl'l龇liOlllforeachproton,whichcanbeacted腿thencultonsourcetodrivethesub-erilienlenvelopos)嘲锄；madflintily,thesub-criticalonvelopesystemcAlllkeel,theCbllJll∞纵=ti∞

7、togainmore∞ergyandmakotheextraneutronstopmU触绝thenuclearmaterialandincineratetlaemielcsrwasto．DuetotheADSmnsonthesuberitienlcondition,laenec，ithastheinlaereatsat'cryclulraetcristie．Itgainsmo坞and瑚聘attentionsfromthc