高通量超热中子堆芯设计及长寿命核废物嬗变的研究

摘要

随着核电事业快速发展，核能安全利用受到普遍关注，核电站乏燃料后处理（尤其是长寿命放射性锕系核素后处理）成为解决核电发展瓶颈的关键技术。目前分离-嬗变技术成为国际上解决乏燃料后处理的研究热点，而嬗变技术主要研究对象是热堆、快堆和加速器驱动次临界装置。
　　 本课题主要研究热中子堆嬗变技术，在结合已有的成果基础上，提出高通量超热中子堆嬗变方案，通过蒙特卡洛程序(MCNP)对稠密栅棒型热堆、快堆和高通量超热中子堆三类堆芯进行建模，对其中子物理特性和嬗变锕系核素能力进行对比研究，并分析了高通量超热中子堆芯加入钢系核素后堆芯反应性、中子能谱及中子通量密度的变化情况。
　　 本文对稠密栅棒型热堆和快堆的嬗变性能也进行了比较，同时对核电发展现状，我国锕系核素累积趋势，先进核燃料循环体系，分离-嬗变技术发展及现状，蒙特卡洛方法原理及涉及的中子物理计算等方面理论进行了阐述。
　　 本文得出主要结论有：1）MA核素在中子通量密度达到1016n/cm2·s数量级超热中子堆中具有较好的嬗变效率，其裂变比优于快堆和稠密栅棒型热堆，具有更好的中子经济性；2）快堆比稠密栅棒型热堆具有更好的嬗变效率和中子经济性；3）热堆、快堆和超热中子堆加入MA核素后，堆芯中子能谱都有硬化现象，超热中子堆内中子通量密度出现不均匀化趋势，在嬗变区内中子通量密度有一定提高。
　　 本文所得出的数据和结论将对我国乏燃料的后处理及嬗变技术研究具有一定的意义和价值。