微型反应堆低浓铀堆芯的优化设计

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微型反应堆（简称微堆）是以高浓铀为燃料的研究型反应堆。但由于高浓铀燃料存在核安全风险，同时根据核不扩散原则，我国须逐步完成低浓铀堆芯的设计、换料和装填工作。因此，本文利用MCNP对堆芯进行一系列模拟、计算和优化设计，主要研究内容和结果如下：　　（1）针对微堆的低浓化开展了一系列的设计分析工作，主要包括建立了微堆高浓铀的模型（High Enrichment Uranium,HEU）、在不改变高浓铀堆芯结构基础上，完成了低浓铀堆芯的优化设计（LowEnrichment Uranium,LEU），并优化设计了新低浓铀堆芯模型（New Low Enrichment Uranium,NLEU）。　　（2）运用MCNP建立的微堆高浓铀模型（HEU），其中心控制棒价值、临界装载量、上铍反应性以及轴向中子通量密度分布等参数与微堆实验数据基本一致，对比验证了模型的正确性。　　（3）在HEU模型的基础上，选择富集度为12.5%的UO2作为低浓铀堆芯的燃料芯块，Zr-4合金作为燃料包壳，保持HEU堆芯其余部分的结构、尺寸和材料不改变，建立了低浓铀堆芯模型LEU。并对内辐照座中子通量密度、剩余反应性以及中心控制棒价值等参数进行了计算对比分析，研究表明在不改变原堆芯结构和尺寸的情况下，微堆低浓化是可行的，现有微堆可直接替换为LEU堆芯。　　（4）针对LEU堆芯Φ/P比值下降，热中子份额比下降，控制棒价值减小等问题，优化设计了全新的NLEU堆芯。NLEU堆芯采用富集度为19.75%的UO2作为燃料芯块，并且减少了10.34%的235U装填量；提高了Φ/P比值；内辐照座热中子通量密度高于LEU堆芯；并将热中子份额由LEU的42.65%提升至45.40%。研究表明，NLEU优化了微堆性能，节约了建造成本，更利于微堆的应用。

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作者
王梦娇;
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作者单位

东华理工大学;

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授予单位东华理工大学;
学科核能与核技术工程
授予学位硕士
导师姓名刘义保;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类
关键词
微型反应堆,低浓铀堆芯,Zr-4合金,内辐照座,中心控制棒;

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