加速器驱动铅铋冷却反应堆换料系统初步设计与分析

摘要

加速器驱动次临界系统（简称ADS）是一种理想的核废料嬗变和能量生产装置，被国际原子能机构(IAEA)列为优先发展的嬗变放射性核废料和有效利用核资源的先进核能系统。液态铅铋合金具有优良的中子学性能、安全性能及传热性能，是目前ADS次临界反应堆冷却剂及散裂靶的主要候选的材料，加速器驱动铅铋冷却反应堆已成为国际上ADS发展的主要方向。由于加速器质子束管贯穿堆顶盖进入堆芯，ADS堆内结构相对复杂，且铅铋反应堆需要在密封环境下遥操作换料，对加速器驱动铅铋冷却反应堆的换料系统设计提出了新的要求。
　　 本文在对现有反应堆换料技术进行调研和分析的基础上，针对ADS铅铋冷却反应堆特点，开展了加速器驱动铅铋冷却反应堆换料系统的方案设计工作，包括换料系统结构设计和换料流程设计。提出了分体式中心测量柱式换料系统，并说明了该方案对解决ADS反应堆中因加速器质子束管引入而带来的换料难题具有可行性;最后针对换料系统中的关键设备进行了设计，包括堆内换料系统中的旋塞系统、堆内换料机和堆内升降机，以及堆外换料系统中的转运室、新燃料厂房和乏燃料水池，提出了各关键设备的设计要求，设计过程中的技术难点，并结合运行环境和技术实现可行性给出了各个关键设备的初步设计方案。
　　 在换料系统的结构设计基础上，进行了堆内换料系统的运动学分析，证明了换料系统具有全覆盖性和无障碍性。运用有限元分析软件对换料系统的关键部件开展了数值模拟，证明了设计方案的合理性和可行性。上述研究结果为解决ADS系统中质子束管引入带来的换料技术难题提供了尝试，并为进一步开展ADS换料系统的设计分析积累了基础。

目录

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摘要

第1章 引言

1．1 研究背景

1．1．1 ADS系统原理

1．1．2 ADS发展现状

1．2 反应堆换料系统研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容与技术路线

1．5 论文结构

第2章 ADS换料系统特点分析

2．1 反应堆换料系统概念与特点

2．1．1 反应堆换料系统概念

2．1．2 反应堆换料系统特点

2．2 加速器驱动铅铋堆换料系统要求与特点

2．2．1 CLEAR-I换料系统总体要求

2．2．2 CLEAR-I反应堆换料系统特点

2．3 小结

第3章 CLEAR-I换料系统方案设计

3．1 设计原则与目标

3．2 换料系统总体设计

3．2．1 系统组成与功能

3．2．2 堆内换料系统

3．2．3 堆外换料系统

3．2．4 换料流程设计

3．3 换料系统关键设备设计

3．3．1 旋塞系统

3．3．2 堆内换料机

3．3．3 堆内升降机

3．3．4 转运室

3．3．5 新燃料厂房

3．3．6 乏燃料水池

3．4 小结

第4章 堆内换料系统运动学与力学分析

4．1 堆内换料系统运动学分析

4．1．1 运动学分析概述

4．1．2 堆内换料运动特点

4．1．3 几何约束

4．1．4 坐标系建立与变量

4．1．5 建立运动学模型

4．1．6 计算过程及原理

4．1．7 计算结果与分析

4．2 堆内换料系统力学分析

4．2．1 计算软件简介

4．2．2 建模

4．2．3 网格

4．2．4 网格精度分析

4．2．5 受力分析及加载

4．2．6 计算结果与分析

4．3 小结

第5章 总结和展望

5．1 论文内容总结

5．2 特色与创新

5．3 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文、专利与取得的其他成绩

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