基于惰性基质燃料的压水堆嬗变ma研究

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4、燃料，这种商用裂变核能中产生的乏燃料中次锕系核素（MA）半衰期长、放射性毒性强。这些核废料如果不能得到最终的处置，就会对人类的生存环境造成潜在的、长期的危害。因此，我国核能裂变可持续发展提出需要发展核燃料循环和废物处理处置技术，实现核废物最少化；以及发展先进核能系统，提高燃料利用率，实现MA的嬗变。近年提出在轻水堆中采用惰性基质燃料（IMF）不仅能有效地从源头上降低乏燃料中MA含量，还能对MA进行嬗变。为了研究IMF的燃耗特性，选取PuO2+ZrO2+MgO和PuO2+ThO2两种典型IMF燃料方案，开展了以下研究：（1）不同PuO2体积分数下IMF燃耗反

5、应性计算，与UO2燃料以及MOX燃料进行比较分析。（2）通过MA在IMF燃料元件中均匀加载和中心加载两种方式，开展IMF燃料元件嬗变MA研究。（3）在研究IMF嬗变MA燃料元件的基础上，计算分析了CONFU组件排布方式和中心对称组件排布方式时IMF组件燃耗特性。以上研究结果表明：（1）在总燃耗时间为1040天情况下，两种IMF燃料方案中PuO2体积分数为2%～10%时其寿期末kinf均大于1，但PuO2+ZrO2+MgO方案的燃耗反应性波动大于PuO2+ThO2方案，PuO2+ThO2方案燃料寿期末MA的含量明显小与前者；在同一等效重金属质量百分比下MOX

6、、UO2燃料寿期末MA的含量均大于两种IMF燃料。II（2）对均匀加载MA时IMF嬗变MA燃料元件进行燃耗反应性计算，虽然寿期末MA产量呈增大的趋势，但随着添加的MA体积分数的增大，同等PuO2体积分数时的寿期末MA产量是减小的，且其TRU的销毁率非常可观。中心加载MA时，借鉴快中子嬗变MA的原理，在现有PWR元件中设计建立局部高通量快中子源区（FNZ）对MA进行燃耗反应性计算。发现FNZ元件中心区域有高通量的中子，将MA添入后其净嬗变率高达80%。（3）根据IMF均匀加载MA嬗变组件计算和中心加载MA嬗变组件计算时的燃耗特性和寿期末MA产量分析，得到CO

7、NFU组件排布方式比中心对称组件排布方式MA销毁率高。以上结论将为IMF燃料在轻水堆中的运用，及IMF嬗变MA元件和组件的设计优化提供可行方案。关键词：惰性基质燃料（IMF）；超铀核素（TRU）；嬗变；TRITONIIIASTUDYONTHEBURN-UPCHARACTERISTICSANDTRANSMUTATIONOFINERTMATRIXFUELSWUXiang(Nuclearscienceandtechnology)DirectedbyYUTaoAbstract:Chinaoccupiesakeypositioninworldnuclearpower

8、development.Largeinstalledcapacit