加装辅助停堆系统的加速器驱动系统次临界实验装置初步.pdf

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1、第29卷第6期核动力工程Vol.29.No.62008年12月NuclearPowerEngineeringDec.2008文章编号：0258-0926(2008)06-0098-04加装辅助停堆系统的加速器驱动系统次临界实验装置初步设计于涛，李小华，周成龙，谢芹，马志远，刘平（南华大学核科学技术学院，湖南衡阳，421001）摘要：针对现有加速器驱动核能系统概念设计中存在的安全隐患，采用MCNP程序设计了加装辅助停堆系统的次临界实验装置；通过改变热区栅距、热区厚度和控制棒的下插深度来改变堆芯参数，对反应堆有

2、效增殖系数进行计算和比较分析，实现了不同堆芯参数下keff值可调；对几种不同热区栅距和热区燃料棒根数所对应的停堆深度和控制棒价值进行了计算，结果表明，辅助停堆系统提高了加速器驱动系统(ADS)的安全性。关键词：辅助停堆系统；加速器驱动系统；MCNP；次临界；keff中图分类号：TL329文献标识码：A1前言2加速器驱动系统目前，商用核能系统还存在如高强度放射性加速器驱动系统包括：中能强流质子加速器、废物的最终处理、铀资源利用率低和安全性问题外源中子产生器和次临界反应堆。次临界反应堆等阻碍裂变能进一步发展的因

3、素，近年来，国内的运行工况要求有持续供给的外中子源维持其链外学者一直在寻求可以解决这些问题的方法。在式反应；这种外中子源由HPPA打击重金属靶提现行的燃料循环中引入加速器驱动系统(ADS)构供。根据次临界度的不同，在次临界反应堆内，成新的混合核能系统，将成为目前商用核能系统除维持链式反应外，还可富裕出一部分“中子余[1]与核聚变能充分利用之间的过渡。额”，可以用于“焚烧”自生或外加乏燃料中所含按照ADS的设计概念，加速器驱动系统中次的长寿命核废料；次临界运行工况及加速器的快临界堆芯的功率水平依靠强流质子轰击

4、散裂靶产速响应为ADS的运行提供了更高的灵活性及对[6，7]生的中子源来维持。因此，质子束流的不稳定性，其安全性的保证。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。但是有计3加装辅助停堆系统的ADS堆芯设计算表明，现行的加速器驱动次临界堆芯设计存在3.1整体布局停堆安全性的问题，集中体现为如果单纯依靠高在堆芯设计中采用快-热耦合方式进行堆芯布功率质子加速器(HPPA)断束停堆，断束后次临界置，燃料元件分别采用不同的排列方式。堆芯径[2～5]堆仍然会保持一定的功率水平；这是现

5、行向由靶区、快中子能谱区(简称“快区”)、热中ADS设计中的潜在危害之一。为了解决这个问子能谱区(简称“热区”)、反射层、屏蔽层组成，题，设计了加装辅助停堆系统的次临界反应堆实堆芯轴向中心为活性区，活性区的上下各有反射验装置，在加速器驱动次临界堆断束停堆的同时层和屏蔽层[8]。堆芯径向截面图如图1所示。下插控制棒，有效地达到安全停堆的目的。应用3.2中子源区MCNP程序计算了堆芯的keff，结果表明，辅助停中子源区简称“源区”。从快中子能谱区正中堆系统能有效提高ADS的安全性。心拔出7根燃料元件，在此7根燃

6、料元件区域内收稿日期：2007-08-23；修回日期：2008-08-04基金项目：国家“973”计划资助项目(G1999022602，2007CB209900)于涛等：加装辅助停堆系统的加速器驱动系统次临界实验装置初步设计99按照正方形均匀排列。选取不同的燃料元件数和栅距为9、10、11、12、13、15、17、20mm的热区，计算keff。热区燃料棒的数量由计算得到。热区径向内外均为六角形，内区紧靠快区，外区边界由计算结果而定。燃料元件外径8mm，芯体直径6.5mm，热区芯体长700mm。芯块为二氧23

7、5化铀陶瓷体；U富集度为3％；芯块密度为310.465g/cm。包壳厚度为0.65mm，材料为Zr。3.6反射层由聚乙烯组成，厚度为15～25cm，在快区和热区元件的外围。径向内为六角形，外为圆形；轴向在元件外面和屏蔽层之间，为圆柱体。密度3为0.9353g/cm。图1加装辅助停堆系统的次临界堆芯径向图Fig.1RadialPlotforSub-CriticalCorewith3.7屏蔽层AuxiliaryShut-DownSystem由含硼聚乙稀组成，厚度为15～25cm。在1——屏蔽层；2——反射层；3

8、——热区；4——快区；反射层外面，径向内外均为圆形，形成的圆环轴5——源区束管；6——控制棒3向在反射层外，为圆柱体。密度为0.9353g/cm。放置一个六边形铝框；在六边形铝框内放一个正六边形靶管。靶管内部为真空，靶管直径40mm；4计算程序和设计参数六角形导管外角点到中心距离为31.08mm；内角4.1计算程序到中心的距离为28mm；中子源水平放置在导管MCNP程序可用于计算中子、光子或中子-光里。燃料元件中