利用超铀核素启动的小型模块化钍基熔盐堆中子学性能研究

摘要

压水堆乏燃料中的超铀燃料(Transuranic isotopes,TRUs)含有大于50％的易裂变燃料,可作为熔盐堆钍铀循环的启动燃料.基于小型模块化钍基熔盐堆,采用TRUs和Th分别作为裂变燃料和增殖燃料,研究堆芯熔盐石墨比和初始重金属摩尔份额两个重要参数对堆芯中子能谱、233U产量、石墨寿命、温度反应性系数、TRUs消耗量等中子学特性的影响,为利用TRUs和Th的小型模块化钍基熔盐堆的堆芯参数选择提供依据.基于批处理周期及固有安全性等限值,给出满足要求的TRUs启动小型模块化钍基熔盐堆的燃料利用方案,分析其燃耗时间内的中子学特性.结果表明:采用压水堆中超铀核素作为易裂变燃料,是启动小型模块化钍基熔盐堆钍铀燃料循环的理想选择.在满足5 a石墨寿命和固有安全性(?5～?8 pcm?K?1)等限值的条件下,选择重金属摩尔份额为6％、堆芯熔盐石墨比为25％的堆芯结构参数可得到较佳的燃料利用率.此时,热功率为150 MW、满功率运行5 a时,铀的年产量可达16.0 kg?a?1,TRUs的年消耗量约36.1 kg?a?1,可有效减少当前超铀乏燃料的储存.