《行波堆增殖-燃耗波機制的數值計算研究》是依託西安交通大學，由張大林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：行波堆增殖-燃耗波機制的數值計算研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張大林
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
行波堆是一種可實現自持增殖和燃耗的新概念反應堆，在核燃料循環、資源的有效利用、防核擴散和經濟性等方面具有顯著的先進性和競爭力，為核裂變能的大規模可持續發展提供了一條全新的道路。然而目前國際上對於行波堆的研究還只是處於概念提出和概念設計階段，行波堆增殖-燃耗波機制在現實反應堆中的存在性和現實可行性，是行波堆研究和發展必須首先解決的關鍵基礎問題。本項目將緊密圍繞這一核心問題，以前期理論工作為基礎，著力數值計算的研究，研製行波堆專有多群核資料庫，建立行波堆高燃耗下時空相關中子動力學-燃耗精細耦合計算物理模型和數值計算方法，開發具有自主智慧財產權的行波堆物理分析的確定論計算程式，尋求行波堆運行的漸近穩定模態，研究其穩態特性和動態行為，揭示行波堆軸向和徑向增殖-燃耗波的時空運行規律，並初步探索這一機制具有現實意義的套用途徑- - 徑向步進倒料策略，為我國行波堆的研究發展提供理論基礎和科學依據。
結題摘要
本項目按照申請書設定的研究內容和目標，通過理論建模和數值求解對行波堆特有的增殖-燃耗波機制進行了深入的研究。通過建立簡化的中子動力學方程和涵蓋截斷燃耗鏈的燃耗方程，定義淨中子產生截面f等僅依賴中子注量率的函式，採用二次積分方法，獲得了軸向增殖-燃耗波的漸近穩定模態基本解，輔以一定的數值疊代，獲得了徑向增殖-燃耗波的基本解，發現由外向內的徑向行波比由內向外的徑向行波增殖性能更好。以歐盟核評價資料庫JEFF3.1為主要數據來源，優選出行波堆物理分析和燃耗計算需要的159個核素, 加工製作了行波堆40群中子工作資料庫；基於相對運動原理，將行波的運動轉化為燃料的運動，推導建立了考慮燃料移動效應的連續能量時空相關中子動力學方程，燃耗模型考慮了從Th-232到Cm-247燃耗鏈上30個重金屬核素和80個裂變產物；採用交替方向TDMA算法對離散的中子動力學方程組進行求解，採用吉爾算法對常微分初值問題的燃耗方程進行求解，開發程式並對其獨立模組進行了驗證。基於相對運動原理，提出了“步進倒料行波堆（STWR）”的概念，分別對軸向和徑向STWR的漸近穩定模態特性和動態特性進行了研究，研究發現：（1）STWR漸近keff隨倒料周期近似呈拋物線型分布，漸近燃耗隨倒料循環周期線性增長，反應堆達到臨界對應一個最小燃耗和一個最大燃耗，在此燃耗區間內方可臨界；（2） 反應堆功率峰隨倒料循環周期的增長，從燃料卸出區向燃料導入區移動，功率峰值逐漸降低；（3）在高燃耗情況下，堆芯的功率分布會出現鐮刀行/M形變形。此外，項目組還基於CFD計算軟體FLUENT的用戶接口（UDF/UDS）開發點堆中子動力模型的計算程式和模組，耦合 FLUENT中的多孔介質模型，開發了行波堆三維物理-熱工耦合計算系統，進行了行波堆瞬態安全特性分析。 項目完成了申請書設定的研究內容和目標，發表學術論文10篇，其中SCI論文3篇，EI論文2篇，其他國核心心或會議論文5篇。本項目的研究為行波堆增殖-燃耗波機制的研究提供了有價值的信息，提出的“步進倒料行波堆”概念及發現的增殖-燃耗波規律特性對於行波堆的現實套用及設計具有一定的指導意義。
