《乏燃料焚燒堆新概念次臨界包層長壽命焚燒特性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由蔣潔瓊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：乏燃料焚燒堆新概念次臨界包層長壽命焚燒特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔣潔瓊
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚變驅動的次臨界堆是一種有發展前景的長壽命高效核廢料嬗變裝置。近年來，基於當前托卡馬克聚變裝置實驗水平的電漿物理低堆芯參數或目前國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)所能達到的技術水平，開展基於現實可行包層技術進行核廢料焚燒備受人們關注。但是如何在有限強度中子源條件下提高核廢料焚燒效率和如何使包層儘可能長期穩定運行焚燒而不換料等問題需要解決，這些問題的解決對我國日益增加的核廢料處理和核能的可持續發展具有重要意義。本項目擬通過中子學理論分析與數值模擬相結合的手段，基於全三維仿真模型，開展乏燃料焚燒堆新概念次臨界包層的長壽命焚燒特性研究：（1）發展適用於次臨界堆的複雜幾何大尺寸的三維燃耗分析理論方法；（2）藉助新發展的理論方法，通過中子物理學分析研究得出次臨界堆新概念包層高效焚燒乏燃料並儘可能長時間運行焚燒而不換料的特性和規律。為裝入複雜燃料的次臨界堆包層長壽命不換料燃燒研究提供一定的理論支持。
結題摘要
(對項目的背景、主要研究內容、重要結果、關鍵數據及其科學意義等做簡單概述，800字以內)： 聚變驅動的次臨界堆是一種有發展前景的長壽命高效核廢料嬗變裝置。本項目主要開展了在有限強度中子源條件下，研究次臨界包層儘可能長期穩定運行焚燒而不換料的中子學特性及建立一套與之相適應的三維輸運燃耗耦合計算方法。首先，通過採用歐洲經濟合作與發展組織發布的反應堆燃耗信任制基準例題進行校驗，校驗並完善三維輸運燃耗耦合計算方法。在此基礎上，選用固定聚變功率為50MW的FDS-I設計作為參考方案，在乏燃料焚燒堆次臨界包層不裝料不卸料連續運行10年、20年及24年的情況下，計算了中子有效倍增因子Keff，包層能量倍增因子M，氚增值比TBR，包層內部中子能譜分布，超鈾核素嬗變支持比TSR等關鍵中子學參數，通過系統分析，得到了得出次臨界堆新概念包層高效焚燒乏燃料並儘可能長時間運行焚燒而不換料的特性和規律。獲得重要結果如下：（1）對關鍵核素U、Pu及其同位素進行燃耗分析，得到次臨界乏燃料焚燒反應堆中，乏燃料中超鈾核素占總燃料15%時可以得到較優的次臨界包層中子學性能。（2）在系統不裝料卸料連續運行10年，系統的中子倍增係數Keff始終在系統的安全裕度（Keff≤0.960）範圍內。但是隨著運行的燃耗時間的加長，系統內產生易裂變鈽不足以平衡系統消耗易裂變核素及系統產生的裂變產物累積等對中子學的影響，開始慢慢地下降。（3）在系統不裝料卸料連續運行20年，系統的有效增殖係數是不斷地下降，產電能力逐漸減弱，其產生的能量已不能獲得約~1.0GWe的電功率。（4）在不裝料卸料連續運行10年和20年的情況下，系統燃深度最高達到264824MWD/T(HM)，其方案具備現實可行性的；但連續運行到了24年，燃耗深度達到317789MWD/T(HM)，該方案現實可行性有待考證。本項目能夠為裝入複雜燃料的次臨界堆包層長壽命不換料燃燒研究提供一定的理論支持。
