基于中子平衡研究增殖燃料實現(xiàn)CANDLE模式的最優(yōu)配置

楊 昆 陳金根 蔡翔舟

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基于中子平衡研究增殖燃料實現(xiàn)CANDLE模式的最優(yōu)配置

楊 昆1,2陳金根1蔡翔舟1

1（中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

壽期內(nèi)中子通量、核素濃度和功率分布的軸向形狀均保持恒定(Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy produced, CANDLE)是實現(xiàn)原位增殖-焚燒(Breed-and-Burn, B&B)模式的一種燃耗策略。CANDLE堆經(jīng)易裂變?nèi)剂匣蛲庵凶釉催M行點火，啟動后由增殖燃料的燃燒實現(xiàn)自穩(wěn)運行。若要CANDLE堆自穩(wěn)運行于eff=1，必須對堆芯幾何及燃料體積分?jǐn)?shù)進行配置優(yōu)化。最優(yōu)配置方案可通過蒙特卡羅方法模擬CANDLE堆芯，根據(jù)有效增殖因子篩選得出。但該方法需耗費大量的計算時間，若采用1D模型近似模擬，并結(jié)合中子平衡方法進行分析，便可大幅節(jié)約計算時間，獲得具有指導(dǎo)性意義的結(jié)果。本文將論證該方法的可行性，并應(yīng)用該方法估算鈉冷貧鈾CANDLE堆半徑在100?400 cm、燃料體積分?jǐn)?shù)在35%?60%變化時的最優(yōu)配置。

CANDLE堆，中子平衡方法，最優(yōu)配置，蒙特卡羅方法

原位增殖-焚燒(Breed-and-Burn, B&B)反應(yīng)堆的研究始于20世紀(jì)50年代。1958年，F(xiàn)einberg[1]提出了以天然鈾和貧鈾為核燃料的B&B概念反應(yīng)堆，該堆實現(xiàn)了低富集核燃料的長期焚燒。1988年，F(xiàn)eoktistov[2]證明了U-Pu無限介質(zhì)中存在增殖-燃燒波的可能性。1996年，Teller等[3]描述了堆芯內(nèi)增殖-燃燒波沿軸向緩慢傳播的過程。2000年，Dam等[4]利用數(shù)學(xué)分析方法研究了行波堆的增殖-燃燒特性，從理論上提供了行波存在的證據(jù)。2001年，Sekimoto等[5?7]在研究鉛鉍冷卻金屬燃料快堆時，提出了CANDLE (Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy produced)燃耗策略，該策略可實現(xiàn)燃燒區(qū)沿軸向方向勻速移動，似于蠟燭的燃燒過程。……