压水堆中涂层式轴向非均匀MA/^(6)LiD嬗变棒的嬗变性能研究

摘要

为提高次锕系核素(Minor Actinides,MA)在压水堆中的嬗变效率,同时利用MA核素展平堆芯轴向功率分布,以华龙一号(HPR1000)177压水堆堆芯结构作为参考,研究利用热-快中子转换材料^(6)LiD设计的涂层式轴向非均匀MA/^(6)LiD嬗变棒性能。嬗变棒内部为UO2,外部为MA核素与^(6)LiD混合组成的嬗变涂层材料,该涂层材料在嬗变棒上的布局为轴向三、五、七段式结构,涂层厚度由中间向两端依次减小。计算研究嬗变棒在堆芯内照射540 d的嬗变性能发现,当嬗变涂层材料中^(6)LiD与MA的质量之比为2∶8时,嬗变率达到23.25%的最好效果;涂层式轴向三、五、七段式非均匀嬗变棒中七段式嬗变棒的嬗变率最高,为25.43%,三段式非均匀嬗变棒的裂变效果最好,MA核素裂变率为4.48%;同时该轴向非均匀结构的嬗变棒可将堆芯轴向功率峰因子由1.778降低至1.375。研究结果表明:相较于轴向均匀的嬗变棒,轴向非均匀嬗变棒不仅具有较高的嬗变效率,而且具有良好的轴向功率展平效果。