LEU啟堆模式下的氯鹽快堆Th-U與U-Pu循環(huán)特性研究

何燎原 夏少鵬 嚴 睿 鄒 楊 劉桂民

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院先進核能創(chuàng)新研究院 上海 201800）

3（中國科學院大學 北京 100049）

核燃料循環(huán)是提高燃料利用率、解決能源危機的一種有效途徑［1］，當前燃料循環(huán)主要有兩種路線：Th-U循環(huán)和U-Pu循環(huán)。兩種循環(huán)方式均有各自的優(yōu)勢：如Th-U循環(huán)中增殖核素釷在自然界中儲量豐富，可以提供可持續(xù)的能源供應；而U-Pu循環(huán)在燃料回收、后處理等方面具有較好的技術基礎［2］。

熔鹽堆，作為第四代反應堆中的唯一的液態(tài)燃料堆，液態(tài)熔鹽在堆中既為冷卻劑也是燃料，熔鹽堆無需復雜燃料組件制造且可在不停堆的狀態(tài)下進行可在線添換料，因此相比于固態(tài)燃料堆，其在中子經(jīng)濟性、固有安全性、防核擴散、燃料利用率等方面均有顯著優(yōu)勢，是現(xiàn)實閉式燃料循環(huán)的理想堆型［3-5］。

熔鹽堆可使用的載體鹽主要有氟鹽和氯鹽兩種。氟在自然界沒有同位素，天然氯中37Cl與35Cl的含量分別為24.23%、75.77%，35Cl在反應堆中易生成S與36Cl，其中S易腐蝕結(jié)構材料，令結(jié)構材料“脆化”，而36Cl有30萬年左右的半衰期，易溶于水且其β射線強度為709 keV，一旦發(fā)生泄漏會對生存環(huán)境造成較大影響，因此氯鹽需要對37Cl進行富集。另外由于在熱譜區(qū)Cl的俘獲截面遠大于F，且氯的相對分子質(zhì)量較大慢化能力更弱，因此從中子經(jīng)濟性角度，氯鹽不適合用于熱堆，一定程度上制約了氟鹽堆的使用［6-7］。因此，大多數(shù)研究集中在氟鹽堆，比如美國的先進高溫堆（Advanced High Temperature Reactor，AHTR），其采用固態(tài)燃料，用FLiBe作為堆芯冷卻劑，進行Th利用等研究［8］；……