鉛冷小堆堆芯初步設計

肖會文 李 想 劉國明 鄭友琦

1（中國核電工程有限公司 北京 100840）2（西安交通大學 西安 710049）

鉛及鉛基材料作為反應堆冷卻劑，具有比較明顯的優勢：1）中子經濟性優良，發展可持續性好。鉛及鉛基材料具有低的中子慢化能力及小的俘獲截面，因此鉛基堆可設計成較硬的中子能譜而獲得優良的中子經濟性，有利于核燃料嬗變、核燃料增殖等多重功能，也可設計成長壽命堆芯提高資源利用率和經濟性，降低核擴散的風險。2）熱工特性優良，具有高熱導率、高沸點等特性，在常壓下，可實現高的功率密度。鉛基材料具有的高膨脹率和較低的運動黏度系數確保反應堆有足夠的自然循環能力；鉛基材料化學性質不活潑，幾乎消除了氫氣產生的可能，鉛基材料還可以與易揮發放射性核素碘和銫形成化合物，可降低反應堆放射性源項［1-2］。得益于液態鉛和鉛鉍良好的中子學特性和熱工特性，鉛冷快堆可以設計成采用全自然循環驅動的小型反應堆。國際上關于鉛冷快堆的研究已經開展了較多的工作，尤其自2006年第四代核能系統國際論壇（Generation IV International Forum，GIF）的鉛冷快堆合作備忘錄簽訂以來，歐盟、俄羅斯、美國、韓國、日本、中國等國家均投入了大量的人力和物力研發鉛冷快堆，如歐州鉛冷工業示范堆ELFR（European Lead-cooled Fast Reactor）、歐洲先進鉛冷原型示范堆ALFRED（Advanced Lead Fast Reactor European Demonstrator）、多功能快譜研究堆MYRRHA（MultipurposehYbrid Research ReactorforHigh-tech Applications）、俄 羅 斯 SVBR（Lead-cooled Fast Reactor）、中國鉛基研究反應堆 CLEAR-I（China LEAd-based Reactor-I）等［3］。本文旨在于提出一種小型鉛鉍冷卻快堆堆芯設計方案。

1 設計目標和設計工具

1.1 設計目標

本文設計一種小型鉛鉍冷卻快堆堆芯，通過堆芯優化設計，在滿足堆芯壽期以及熱工限值的基礎上，盡可能減小堆芯體積，并能夠滿足堆芯非能動安全性要求。……