新型钍基熔盐堆多物理计算模型及分析

针对熔盐堆系统特点,提出了包含堆芯及其他主回路系统在内的多物理紧密耦合计算模型,并在此基础上自主开发了多物理分析程序TANG-MSR。利用该程序进行了新型钍基熔盐堆(TMSR)的设计,并对设计方案进行了稳态及瞬态分析。相关计算结果表明,TANG-MSR所采用的多物理模型能够很好地捕捉熔盐堆的主要物理现象,提出的新型熔盐堆设计在安全性和可持续性方面表现优异。关键词：多物理模型;新型钍基熔盐堆;稳态;瞬态 Abstract: Key words:     

新型钍基熔盐堆堆芯方案及燃耗分析

采用自主开发的SONG/TANG-MSR栅格/堆芯分析程序对新型钍基熔盐堆（TMSR）进行堆芯布置与燃耗分析计算。根据前期的栅格分析相关工作,TMSR采用了无铍（BeF2）燃料熔盐、氧化铍慢化剂以及碳化硅包壳,并在组件栅格初步优化分析的基础上,通过全堆芯计算对熔盐栅格进一步优化和分析,给出了堆芯三区布置方案。该方案具有较高的增殖比,负的功率系数,以及较平的温度分布。根据该堆芯方案,在考虑熔盐在线处理情况下进行了熔盐燃耗计算分析。结果表明,堆芯具有较高的增殖比、较短的倍增时间以及长期稳定运行能力。新型的钍基熔盐设计大大提高了增殖性能,同时又确保堆芯具有足够的安全性能。     

新型钍基熔盐堆堆芯方案及燃耗分析

采用自主开发的SONG/TANG-MSR栅格/堆芯分析程序对新型钍基熔盐堆（TMSR）进行堆芯布置与燃耗分析计算。根据前期的栅格分析相关工作,TMSR采用了无铍（BeF2）燃料熔盐、氧化铍慢化剂以及碳化硅包壳,并在组件栅格初步优化分析的基础上,通过全堆芯计算对熔盐栅格进一步优化和分析,给出了堆芯三区布置方案。该方案具有较高的增殖比,负的功率系数,以及较平的温度分布。根据该堆芯方案,在考虑熔盐在线处理情况下进行了熔盐燃耗计算分析。结果表明,堆芯具有较高的增殖比、较短的倍增时间以及长期稳定运行能力。新型的钍基熔盐设计大大提高了增殖性能,同时又确保堆芯具有足够的安全性能。     

钍基熔盐堆核能系统

裂变核能是保障能源增长需求和促进节能减排的重要手段。钍基核能具有中子增殖性能好、产生高放废料少和储量丰富等特点;熔盐堆作为第四代先进反应堆的6个候选堆之一,具有钍高效利用、高温制氢、无水冷却、适合小型模块化设计等优势和潜力。发展钍基熔盐堆,对中国的核能战略发展具有重要意义,将会有助于解决中国的能源和环境双重挑战。2011 年1 月,中国科学院启动战略性先导科技专项——钍基熔盐堆核能系统(TMSR),采取液态熔盐堆和固态熔盐堆两种堆型研发同时部署和相继发展的技术路线,致力于实现基于熔盐堆的钍资源高效利用和核能综合利用,为我国核能发展赢得先机。     

钍基熔盐堆新型栅格设计与优化

利用上海核工院自主开发的SONG/TANG-MSR程序系统,通过大量的方案筛选,在熔盐燃料成分、慢化剂材料以及栅格结构等方面对钍基熔盐堆（TMSR）栅格进行设计优化。提出采用无铍熔盐作为燃料,以提高重核（ThF4, UF4）溶解度;采用氧化铍（BeO）作为慢化剂,从而提高中子经济性;创新性地采用熔盐燃料与慢化剂隔离的SiC包壳管设计,保持堆芯结构的稳定性和抗辐照性能。对优化后的栅格设计计算结果表明:新型的熔盐堆栅格设计具有很高的增殖比并保持负功率系数,从而满足下一代核能系统可持续性和安全性要求。     

钍基熔盐堆新型栅格设计与优化

利用上海核工院自主开发的SONG/TANG-MSR程序系统,通过大量的方案筛选,在熔盐燃料成分、慢化剂材料以及栅格结构等方面对钍基熔盐堆（TMSR）栅格进行设计优化。提出采用无铍熔盐作为燃料,以提高重核（ThF4, UF4）溶解度;采用氧化铍（BeO）作为慢化剂,从而提高中子经济性;创新性地采用熔盐燃料与慢化剂隔离的SiC包壳管设计,保持堆芯结构的稳定性和抗辐照性能。对优化后的栅格设计计算结果表明:新型的熔盐堆栅格设计具有很高的增殖比并保持负功率系数,从而满足下一代核能系统可持续性和安全性要求。     

小型模块化熔盐堆钍利用方案

钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor,TMSR）核能系统先导专项的研究目标是研发第四代裂变反应堆核能系统（即钍基熔盐堆）。为充分利用液态燃料熔盐堆的在线添料与在线燃料处理的优势,同时考虑熔盐堆的快速部署,TMSR先导专项部署了小型模块化熔盐堆。考虑燃料处理技术现状及其可能的发展方向,小型模块化熔盐堆钍利用方案采用\"三步走\"战略。第一阶段采用在线加料与离线处理,实现钍的成规模利用;第二阶段采用在线加料和在线处理（U）与离线处理（MA）的结合,实现钍的高效利用;第三阶段采用在线加料及在线处理全部重金属,实现钍的自持增殖利用。随着\"三步走\"战略的逐步实施,钍铀燃料循环模式及后处理性能稳步提高,重金属利用率得到明显改善,同时有效降低了卸料毒性。考虑燃料许可容易度和建堆时间,首先为钍利用方案第一阶段布置了三种可能的启堆燃料,分别为低富集铀、低富集铀加钍和233U加钍。计算结果显示:以低富集铀启堆时,燃料循环性能与水堆相当;以233U启堆时,燃料利用率明显高于水堆,且其放射性毒性比水堆低约2个数量级。The missions of the Thorium Molten Salt Reactor (TMSR) Nuclear Energy System are to research and develop the thorium based molten salt reactors (MSR) belonging to the fourth generation of nuclear fission reactor system. A Small modular Molten Salt Reactor (SmMSR) is deployed to make full use of the advantages of online refueling and online reprocessing and to consider the rapid deployment of MSR. An innovative \"three-stage\" strategy of thorium utilization based on SmMSR is proposed to take the current condition of fuel reprocessing and its future evolution. The first stage can realize the thorium utilization at a large scale with online refueling and off-line processing. The second stage can obtain efficient thorium utilization with online refueling, online processing of uranium and off-line processing of minor actinides (MAs). The third stage is implemented with self-sustaining or breeding mode with online refueling and online processing of all heavy metals. Along with the development of three stages, the utilization of heavy metals will be obviously improved and the radio-toxicity will be significantly reduced. A SmMSR is designed to achieve the goals of the first stage of thorium utilization. And three kinds of nuclear fuel cycles with different startup fuel types (i.e., low enriched uranium (LEU), thorium mixed with LEU (LEU+Th) and thorium mixed with 233U (233U+Th)) are implemented. The results show that the performance for fuel cycle containing LEU is comparable to the pressurized-water reactor (PWR). Meanwhile, the nuclear utilization for that containing 233U is much higher than PWR, and the radio-toxicity for which is lower by ~2 magnitudes than that for PWR.     

新概念熔盐堆堆芯稳态热工水力计算

针对第四代国际核能论坛提出的新概念熔盐堆堆芯的具体特点,采用DRAGON程序计算了堆芯轴向和径向功率分布因子,并对熔盐堆的燃料盐和石墨慢化剂分别建立数学模型,通过数值方法对新概念熔盐堆的稳态热工水力特性进行了模拟.计算得到了堆芯燃料盐的流量分配,代表元件内燃料盐和内外壁温度沿轴向的变化.     

液体燃料熔盐堆三维瞬态耦合分析

根据熔盐堆的流动特性,采用多群扩散理论,建立液体燃料熔盐堆的三维中子动力学模型和流动传热模型,开发针对液体燃料熔盐堆的三维核热耦合程序,并分析瞬态情况下MOSART堆的物理热工特性.结果表明：堆芯热工参数的瞬态变化直接影响物理参数的变化,液体熔盐堆具有较明显的温度负反馈特性.     

液晶稳态和瞬态多波混频与非线性光学特性

在掺杂（～3%重量比）碳纳米管和光敏取向基团的向列态液晶薄膜（5μm厚）中,在使用Ar⁺(514.5nm)为激发光做前向多波混频实验时,观察到7级的自衍射和探测光He-N e(632.8nm )的多级衍射均呈多环状结构.高斯光束中心处的光致非线性折射率系数δn～0.8. Ar⁺ (514.5nm)连续光形成光栅的时间和弛豫时间都与写入光的偏振态强烈相关.在使用Nd :YAG（532 nm）为激发光时,光栅的弛豫时间～200ms量级,且探测光He-Ne(632.8nm)的o光和e光所探 测到的动力学响应曲线是不同的.关键词：瞬态稳态多波混频液晶