多功能聚变裂变混合实验堆氦冷包层三维中子学初步设计与分析-核能科学与工程专业论文.docxVIP

摘 要 摘 要 FDS-MFX(Multi-Functional eXperimental fusion-fission hybrid reactor)是一 个基于现实可行技术的多功能聚变裂变混合实验堆，主要用于验证混合示范堆 （FDS-SFB）的建造和运行技术，同时也可以为未来纯聚变能技术的发展提供 一个良好的实验平台。FDS-MFX 将分三个阶段开展实验研究，分别采用纯氚增 殖包层、铀燃料氦冷包层和乏燃料氦冷包层。其中铀燃料氦冷包层分为两个实 验阶段：前期实验阶段仅以天然铀作为裂变燃料，初步验证混合示范堆的基本 建造与运行技术；后期实验阶段需要在与示范混合堆包层相近的高功率密度水 平下进行中子物理、热工水力、安全等进一步实验研究，验证混合示范堆包层 技术。 本论文使用蒙特卡罗自动建模程序 MCAM 建立了 FDS-MFX 包层三维中子 学模型，利用多功能中子学计算系统 VisualBUS 重点对铀燃料氦冷包层两个实 验阶段进行了初步三维中子学设计与分析。对后期实验阶段，创新性地采用了 局部高浓缩铀模块的设计，对高浓缩铀模块的 4 种典型摆放方式进行了优化计 算与分析，并从中选择了一个较为合理可行的方案（区平均最大功率密度 Pdmax 约为 100MW/m3，235U 装料量约为 1 吨，氚增殖率 TBR 为 1.05）作为典型参考 设计方案，该参考设计方案使用较少的高浓缩铀燃料达到了模拟混合示范堆包 层高功率密度、高中子通量环境的目的，可降低建造成本，提高经济性。 在中子学参考设计方案的基础上，对包层第一壁的辐照损伤状况进行了初 步计算与分析，计算结果表明，包层满功率运行寿期末，第一壁材料所受辐照 损伤值最大仅为 12.5dpa，在材料可承受范围之内。然后初步对整个包层进行了 活度、衰变余热和接触剂量率等活化特性分析，为 FDS-MFX 的安全设计和废 料处理提供了初步的参考和建议。 关键词：聚变裂变；实验堆；氦冷包层；中子学 A ABSTRACT ABSTRACT FDS-MFX , a multi-functional experimental fusion-fission hybrid reactor based on viable fusion and fission technologies, mainly is utilized to test construction and operation technologies of demonstration hybrid reactor(FDS-SFB), and as a experimental platform, also can provide a good experimental and verification environment for the future technology development of pure fusion reactor. FDS-MFX will carry out three-stage tests successively, in which pure tritium breeding blanket, uranium-fueled helium-cooled blanket and spent-fuel-fueled helium-cooled blanket are utilized respectively. Uranium-fueled helium-cooled blanket include two experimental sub-phases, in first experimental sub-phase, natural uranium is used as the fission fuel to preliminarily verify the construction and operation technologies of demonstration hybrid reactor. In second experimental sub-phase, a high power density that is similar to that of demonstration hybrid reactor should be achieved so that further studies could be conducted in terms neutronics physics, thermal-hydraulics and safety et al to verify blanket relevant technologies of demons