熔盐堆不同工况下的安全性分析

摘要

熔盐堆是第四代核能系统中唯一以液体为燃料的反应堆，因此对于熔盐堆的安全性分析，不同于其他类型的反应堆。本文分别对熔盐堆的启堆、扰动、事故工况三个阶段进行安全性分析。首先，对启堆阶段中的点堆动力学方程做修正，使其适用于液体为燃料的熔盐堆。利用解析方法对修正后的点堆动力学方程求解。利用数值方法对所求解析解进行验证，结果显示解析解和数值解基本一致。而未修正的点堆动力学方程的解偏高，未修正的方程不再适用于熔盐堆的启动分析。基于修正后的点堆动力学方程的解析解，推导出熔盐堆启动时周期表达式，推导出物理实际启动时中子的倍增关系曲线，推导出反应性引入速率对中子密度的影响。为熔盐堆安全启动提供参考。其次，对熔盐堆发生局部扰动进行研究。利用MCNP(Monte Carlo Neutron and Photo Transport Code)软件对熔盐堆堆芯进行详细建模。模拟得到控制棒径向最佳位置，得到控制棒在轴向中心处发生扰动对熔盐堆有效倍增系数影响最大。研究局部温度扰动对熔盐堆的影响得到：多普勒效应发生在轴向两端时对堆芯影响较大；膨胀效应发生在轴向中心处对堆芯影响较大。最后，基于有限元分析软件研究熔盐堆发生事故工况时各个参数的变化情况。研究熔盐堆发生失流事故以及石墨膨胀事故时温度场、先驱核浓度分布、中子通量分布情况。结果表明，发生失流事故出口温度先缓慢升高，升高到1000K后温度将指数型上升，先驱核浓度分布会因失流事故而改变，对中子通量分布影响不大；发生石墨膨胀事故时，出口处石墨局部温度升高，石墨中热中子通量升高，热中子分布发生畸变。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与方法

1.4 本文创新点

第二章 熔盐堆启动安全性分析

2.1 修正点堆动力学方程

2.2 推导修正后的点堆动力学方程的解析解并验证

2.3 解析解对启堆时的安全性分析

2.4 本章小结

第三章 熔盐堆局部扰动安全性分析

3.1蒙特卡洛方法及MCNP软件简介

3.2 模型建立

3.3 控制棒扰动对熔盐堆堆芯影响

3.4 局部温度扰动对熔盐堆堆芯影响

3.5 本章小结

第四章 熔盐堆事故工况下的安全性分析

4.1 COMSOL Multiphysics简介

4.2堆芯模型建立

4.3控制方程

4.4初始值和边界条件的设置

4.5 COMSOL Multiphysics 仿真过程

4.6数值模拟结果分析

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文