镎-237在AP1000反应堆的嬗变特性研究

摘要

每座在运行的反应堆每年将产生近二十吨的乏燃料。这些乏燃料中的次锕系核素(MA)半衰期很长，达到几百万年。由于MA的长期放射性，会导致储存问题，目前最可行的解决方案是深度地质储存。研究表明，将这些核素嬗变至短半衰期核素能解决这一问题:MA核素中Np-237，Am-241以及Am-243在热能区有非常大的热中子俘获截面，所以它们能轻易地俘获热中子嬗变成其它的具有低放射性核素或没有放射性的核素。考虑到Np-237具有长达214万年的半衰期，本文研究Np-237在AP1000的反应堆中嬗变特性。
　　NpO2装载会对AP1000反应堆的反应性造成影响，为了研究装载了Np-237后反应堆反应性的变化，使用MCNP程序进行了模拟计算。NpO2以三种不同的方案装载到压水堆，本文研究了三种不同的装载方案的嬗变特征。第一个方案是在可燃毒物棒的外层镀一层NpO2材料，当厚度为0.11cm时，它的keff为0.99736，比临界的keff稍微降低了一点，总的装载量被控制在1897.21kg。第二个方案是在可燃毒物的水隙层添加不同厚度的NpO2材料，当厚度为0.07cm时它的keff为0.98088，装载总质量为1685.26kg。第三种方案是将NpO2均匀的与可燃毒物进行混合，当NpQ材料质量百分比达到100％时，keff为0.98349，此时NpQ总共装载量为1414.79kg。NpQ装载在AP1000堆芯中并不需要消耗额外中子，其消耗的中子是原本由可燃毒物吸收的中子。同时装载NpQ不需要修改反应堆完善的几何结构，也不需要修改燃料棒的成分和几何结构。