2500MW熔盐球床堆的堆芯物理热工初步计算

摘要

具有高度简单一体化回路布置的熔盐球床堆采用含TRISO包覆燃料颗粒的球形燃料元件，以液态熔盐为冷却剂，实现满功率自然循环运行，是具有良好固有安全性的新型先进反应堆设计概念，有较广阔的应用前景。对2500MW热功率的熔盐球床堆的堆芯物理与热工问题进行了分析，其中环状球床堆芯浸在熔盐池中，内、外反射层充满熔盐冷却剂，并分别作为冷却剂的上升、下降流道，冷却剂沿水平方向通过堆芯，依靠熔盐密度差产生的自然对流循环流动。采用基于vsOP程序的堆芯物理计算方法，对堆芯由初装堆芯过渡到平衡态的过程进行了模拟计算，获得了平衡态的堆芯中子通量分布、功率分布以及燃耗分布。为了获得较好的轴向和径向功率展平效果，针对球形燃料元件的连续装卸料方式，提出了在轴向、径向两个方向上多次通过堆芯的燃料循环策略。在获得堆芯功率分布优化结果的基础上，基于冷却剂水平方向通过堆芯的假设，对堆芯中冷却剂以及球形燃料元件的温度分布进行了分析与计算，并把温度分布的计算结果反馈给物理计算，经过反复迭代即获得较准确的物理与热工计算结果。在此基础上，对冷却剂流经堆芯的沿程阻力进行了估算。堆芯物理分析结果表明，采用轴向和径向多次通过堆芯的燃料循环策略，可以获得很好的功率展平效果，获得的功率分布有利于提高堆芯出口冷却剂温度。而堆芯热工水力学初步分析结果表明燃料中心温度远低于球形燃料元件的安全温度上限值，并初步验证了冷却剂横向流动的球床堆芯的低阻力特性，有利于实现全回路的自然对流循环。