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新型核反应堆:行波堆发展前景展望

时间:2016-07-11  作者:佚名
同时大大简化反应堆的控制机构,使得结构简单,操作简易。

2)反应堆特性随燃耗不发生变化;如功率峰因子、有效增殖系数等不随燃耗发生变化;不同燃耗期反应堆操作策略不变。

3)不需要冷却剂流量的控制:径向各点的功率特性不随燃耗发生变化,所需冷却剂的流量也不需要发生变化。

4)对径向功率分布的优化更加简便:由于径向各点功率不随燃耗发生变化,只需对某一燃耗点的径向功率分布进行优化,而无需考虑燃耗的影响。因此,优化方案更简单更彻底。

5)可以有效防止核扩算,减少废料处理通过增加堆芯高度可延长反应堆寿期,从而设计长寿命的反应堆,在反应堆寿期内不需换料并能达到很高的燃耗深度,从而减少对核废料的处理,并能更进一步的防止核扩散。

6)除燃耗区外,材料的k无穷都低于1,发生反应性事故的几率很小,燃料的运输和储存更加简便、安全。

7)在寿命期间或寿期后,他们的操作是完全自动的,没有移动部件,没有人类参与,可以避免错误和滥用。

3 行波堆面临的挑战

行波堆为核能大规模发展所遇到的铀资源供应和乏燃料后处理问题提出一个全新的解决方案,而目前世界范围内行波堆的研究还处于概念探索阶段,离真正工程实现还有一些技术问题亟需解决:

行波堆燃耗深度可达现有快堆的3至4倍,高的燃耗深度对燃料、包壳及结构材料等提出苛刻要求,如何解决快谱高中子剂量下包壳损伤以及在高燃耗时保持燃料、包壳材料完整性,进一步降低堆芯设计对堆芯材料性能的要求,是行波堆技术工程化的基础和关键技术之一。也许TWRS在核工程上带来最大的技术挑战是需要延长在高燃耗的燃料和原料的生存能力,在TWRS中,其燃耗的影响比率远远比在其他的反应堆内要高,对于堆芯结构材料,特别是燃料包壳。

寿期内反应性波动小是行波堆的技术优势也是技术难点,因为初始堆芯的增殖性能、燃料成分与寿期中、寿期末的差别较大,如何保持初始堆芯的反应性、功率分布形状与寿期中、寿期末的一致较难。合理的启堆区设计成为轴向行波堆堆芯设计的关键技术。

行波堆在堆芯结构、堆芯布置方式等诸多方面与传统意义的快堆堆芯有显著差异,从而使行波堆的堆芯物理与安全性能有所不同,堆芯分析方法也需进行相应调整以适应行波堆的特殊性。现有的堆芯物理分析方法和工具直接用于行波堆分析有一定困难。为使行波堆物理分析快速、准确,有必针对行波堆复杂的堆芯结构、高的燃耗深度等特点搭建一套全新的计算平台。

4 总结

综上所述,行波堆从根本上革新了现有燃料循环,是一种超越第四代反应堆更先进的全新反应堆概念,国家开展行波堆的研发工作,不仅具有重要的学术价值,对探索新的核能应用和燃料循环技术、提高燃料利用率,保持核电大规模可持续发展也具有重要的现实意义。

【参考文献】

[1]Hiroshi Sekimoto,Mingyu Yan. Design study on small CANDLE reactor[J]. Energy Conversion andManagement, 49(2008): 1868-1872.

[2]Kevan D. Weaver, John Gilleland. AOnce-Through Fuel Cycle for Fast Reactors[J]. ICONE17-75381, July, 12-16, 2009.

[3]Kevan D. Weaver, John Gilleland. HighBurn-Up Fuels for Fast Reactors: Past Experience andNovel Applications[J]. Proceedings of ICAPP ’09,Tokyo, Japan,May, 10-14,2009

[4]娄磊,吴宏春,曹良志,等.行波堆初步概念设计研究[J].反应堆数值计算与粒子输运学术会议暨反应堆物理会议,2010.

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