聚變堆快-熱耦合次臨界包層新概念研究

《聚變堆快-熱耦合次臨界包層新概念研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由柏雲清擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聚變堆快-熱耦合次臨界包層新概念研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：柏雲清
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

聚變堆次臨界包層依靠聚變中子源的驅動而運行在次臨界狀態下，可以利用普通熱堆和快堆不能直接利用的核廢料，如貧鈾，熱堆乏燃料，釷等用於發電和增殖核燃料。本項目基於國際上對聚變堆次臨界包層的研究現狀和課題組長期從事次臨界包層設計與關鍵技術發展的基礎，針對次臨界包層設計存在的關鍵問題，提出快-熱耦合的次臨界包層新概念。在滿足包層的功率密度不超過工程限值的前提下利用較易實現的低聚變功率堆芯和壓水堆乏燃料及貧鈾實現電能的長期穩定輸出。利用創新的環向流動、逐級冷卻的方式解決高功率密度包層的傳熱問題，降低冷卻劑的驅動功率，提高包層的出口溫度，均勻化整個包層的溫度分布，有利於包層的結構安全。通過對重要物理過程理論分析、多學科（中子物理學、熱工水力學、結構力學等）綜合數值模擬研究，完成創新的包層概念設計，給出最佳化的技術方案和參數範圍，以及初步的技術可行性評價，為聚變能的早日利用提供物理基礎。

結題摘要

完成聚變驅動次臨界發電堆能量循環特性評估，比較水冷、氣冷和液態金屬冷卻聚變系統的能量平衡。結果表明影響發電混合堆淨電輸出功率的主要約束條件和聚變功率，聚變能量增益，包層能量放大倍數，冷卻劑類型有關。 完成了聚變堆驅動次臨界包層的中子學分析及最佳化，包括包層中子學性能、燃耗計算分析、包層材料活化分析等。結果表明在滿足包層功率密度限制和安全要求下，次臨界包層乏燃料去超鈾質量分數為15%，可以使裂變包層達到較高的性能；次臨界包層中增加貧鈾可提高核廢料嬗變和核燃料增殖的能力；該次臨界包層能夠有效利用乏燃料和貧鈾來產生能量，並且不會產生新的核廢料。 項目共發表（含收錄）科技論文5篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄2篇，國核心心期刊2篇；另外正在向SCI期刊投寄論文1篇；國家發明專利公開2項；參加兩次國際會議，並獲口頭報告兩次。 項目研究組中，共有1位博士研究生、1位碩士生的學位課題與該自然基金項目有關，現已有1位博士畢業，1位碩士畢業。 聚變驅動次臨界堆在處理核廢料，即嬗變長壽命次錒系元素及裂變產物有著與快堆、加速器驅動次臨界堆自己獨到的優點。本課題可繼續研究下去，可重點開展次臨界包層對核廢料處理進行相關的研究。