加速器驱动次临界装置中子学特性初步分析研究

摘要

本文设计了一个实验装置以分析研究加速器驱动次临界系统(ADS)的中子学特性,该装置通过调节控制棒,可以灵活地实现临界和次临界运行。首先进行外中子源效率的优化,建立实验装置的基本模型,比较了堆芯临界状态与次临界状态带外源和不带外源堆芯各位置中子学特性的差异。同时,分析装载MA各核素对实验装置堆芯所带来的影响。为实验装置后续的改进以及工业级嬗变堆的建立,分别选用装载MOX和CERCER燃料进行堆芯中子学特性分析。分析研究表明,外源对堆芯中子能谱影响可以忽略,ADS系统嬗变能力主要还是依靠燃料装载和堆芯布置;UO2燃料中均匀加入237Np、241Am及243Am将会引入负反应性,随着核素含量的增加,引入的负反应性越大;243Cm、244Cm及245Cm将会给UO2燃料堆芯引入正反应性,随着核素含量的增加,所引入的正反应性越大,尤其是243Cm和245Cm,如果不调节控制棒,反应堆可能会超临界。临界及次临界状态下,CERCER燃料堆芯中子能谱最硬,其次为MOX燃料堆芯,最后是UO2燃料堆芯;次临界状态下,UO2燃料的堆芯外中子源效率最大,其次为MOX燃料的堆芯,最后是CERCER燃料的堆芯。虽然MOX燃料中的Pu有增殖效果以及CERCER燃料中的MA部分核素吸收俘获中子产生增殖核素,但是这种增殖优势对于含有高富集度的易裂变核素235U的UO2燃料就显得微不足道。