釷基熔鹽堆臨界安全性能評價與分析方法研究

《釷基熔鹽堆臨界安全性能評價與分析方法研究》是依託西安交通大學，由曹良志擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：釷基熔鹽堆臨界安全性能評價與分析方法研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：曹良志
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

釷基熔鹽堆因其良好的安全性和高的燃料利用率，具有良好的套用前景。但由於釷基熔鹽堆的燃料處於流動狀態而且釷鈾共存，使得傳統的核資料庫、中子輸運理論及數值方法均不能用於分析其臨界安全特性。本項目擬針對釷基熔鹽堆的特點，採用子群與連續能量相結合的方法克服多核素流動介質共振問題，採用機率抽樣統計方法建立連續介質內中子輸運方程的確定論數值解法，採用考慮熱工反饋的全堆芯輸運計算建立堆芯臨界計算方法，在此基礎上建立一整套釷基熔鹽堆臨界安全計算程式系統，利用相關實驗數據和基準題對程式進行驗證。利用該程式系統研究釷基熔鹽堆的臨界安全特性，分析各種典型工況和事故工況下的臨界安全性能，給出初步滿足臨界安全要求的釷基熔鹽堆堆芯方案。本研究對於拓展和完善中子輸運理論具有重要的學術意義，並對釷基熔鹽堆的堆芯臨界安全性能分析、可行性研究及堆芯設計具有重要的套用價值。

結題摘要

熔鹽堆由於採用流動的熔鹽作為燃料和冷卻劑，具有資源的可持續性、高度的安全性、良好的經濟性和可靠的防核擴散性等特點，具有良好的套用前景。但是由於釷基熔鹽堆燃料處於流動狀態且釷鈾共存，使得傳統的核資料庫、中子學理論以及數值計算方法均不能用於熔鹽堆的分析計算。 針對釷基熔鹽堆的特點，開展了以下研究： （1）採用NJOY程式製作了釷鈾共存熔鹽燃料的多群資料庫，該數據包括了熔鹽的熱中子散射數據，使得MSR1.0/MG能夠更準確地計算熔鹽中可能發生的熱中子上散射； （2）針對多核素共振干涉的問題，提出了子群與小波函式展開相結合的方法，並開發了多核素共振計算程式IRIS； （3）針對熔鹽堆燃料流動的特點，根據“粒子守恆”原理推導了適用於液體燃料反應堆的中子擴散理論模型，採用先進變分節塊法、有限體積法和預估校正的準靜態方法、全隱式向後差分方法分別進行空間和時間離散，並採用一系列基準題對數值方法進行了驗證； （4）由於熔鹽堆中存在緩發中子先驅核隨燃料流動的現象，反饋更加複雜，物理熱工耦合更加緊密，開展了物理熱工耦合計算研究，針對通道式熔鹽堆熱工水力計算基於並聯多通道模型，針對熔鹽快堆基於OpenFOAM平台，採用精細的CFD模型進行熱工水力計算，可以得到熔鹽堆中精細的流場分布功率分布與緩發中子先驅核濃度分布，在計算中物理熱工耦合計算採用成熟的外耦合方式進行耦合。 基於上述理論模型，開發了共振計算程式IRIS、用於通道式熔鹽堆物理熱工耦合分析的軟體包MOREL，以及用於熔鹽快堆物理熱工耦合分析的軟體包FINATIC。本研究拓展和完善了熔鹽堆的中子學理論，具有重要的學術意義，並對釷基熔鹽堆的堆芯臨界安全性能分析、可行性研究及堆芯設計具有重要的套用價值。