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次临界能源堆物理设计进展

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李茂生, 师学明, 刘荣, 鹿心鑫, 朱通华, 王新华, 余泳, 严钧, 唐涛, 贾建平, 程和平, 蒋洁琼, 栗再新, 杨永伟, 吴宏春. 2014: 次临界能源堆物理设计进展, 强激光与粒子束, null(10): 100203. doi: 10.11884/HPLPB201426.100203
引用本文: 李茂生, 师学明, 刘荣, 鹿心鑫, 朱通华, 王新华, 余泳, 严钧, 唐涛, 贾建平, 程和平, 蒋洁琼, 栗再新, 杨永伟, 吴宏春. 2014: 次临界能源堆物理设计进展, 强激光与粒子束, null(10): 100203. doi: 10.11884/HPLPB201426.100203
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Li Maosheng, Shi Xueming, Liu Rong, Lu Xinxin, Zhu Tonghua, Wang Xinhua, Yu Yong, Yan Jun, Tang Tao, Jia Jianping, Cheng Heping, Jiang Jieqiong, Li Zaixin, Yang Yongwei, Wu Hongchun. 2014: Progress in physics design of fusion-fission hybrid energy reactor, High Power Lase and Particle Beams, null(10): 100203. doi: 10.11884/HPLPB201426.100203
Citation: Li Maosheng, Shi Xueming, Liu Rong, Lu Xinxin, Zhu Tonghua, Wang Xinhua, Yu Yong, Yan Jun, Tang Tao, Jia Jianping, Cheng Heping, Jiang Jieqiong, Li Zaixin, Yang Yongwei, Wu Hongchun. 2014: Progress in physics design of fusion-fission hybrid energy reactor, High Power Lase and Particle Beams, null(10): 100203. doi: 10.11884/HPLPB201426.100203
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次临界能源堆物理设计进展

  • 北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088

  • 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所,四川 绵阳,621900

  • 中国工程物理研究院 科技信息中心,四川 绵阳,621900

  • 表面物理与化学重点实验室,四川 绵阳,621907

  • 中国核电工程有限公司,北京,100840

  • 中国科学院 合肥物质研究院,合肥,230031

  • 核工业西南物理研究院,成都,610041

  • 清华大学 核能与新能源技术研究院,北京,100084

  • 西安交通大学 能源与动力工程学院,西安,710049

Progress in physics design of fusion-fission hybrid energy reactor

  • 摘要: 聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和次临界能源堆，主要目标是生产电能。回顾了国内外混合堆的发展历史，给出混合能源堆设计的边界条件和约束条件，说明次临界能源堆以铀锆合金为燃料、水为冷却剂的设计思想。利用输运燃耗耦合程序 MCORGS 计算了混合能源的燃耗，给出了中子有效增殖因数、能量放大倍数和氚增殖比等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化，说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。论述了混合堆的热工设计并进行了安全分析。对于燃耗数值模拟程序，通过多家对算，保证其计算结果的可信性。针对次临界能源堆的特点，利用贫铀球壳建立了贫铀聚乙烯装置和贫铀 LiH 装置，并且专门设计加工了天然铀装置，开展铀裂变率、造钚率、产氚率等中子学积分实验，验证了数值模拟的可靠性。
    Abstract: In this paper,we propose a preliminary design for a fusion-fission hybrid energy reactor (FFHER),based on cur-rent fusion science and technology and well-developed fission technology.Design rules are listed and a primary concept blanket with uranium alloy as fuel and water as coolant is put forward.The uranium fuel can be natural uranium,LWR spent fuel,or de-pleted uranium.The FFHER design can increase the utilization rate of uranium in a comparatively simple way to sustain the de-velopment of nuclear energy.The interaction between the fusion neutron and the uranium fuel with the aim of achieving greater energy multiplication and tritium sustainability is studied.Other concept hybrid reactor designs are also reviewed.Integral neu-tron experiments were carried out to verify the credibility of our proposed physical design.The combination of the physical design with the related thermal hydraulic design,alloy fuel manufacture,and nuclear fuel cycle programs provides the science and tech-nology basis for future development of the FFHER concept in China.
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出版历程
  • 刊出日期:  2014-10-30

次临界能源堆物理设计进展

  • 北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088
  • 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所,四川 绵阳,621900
  • 中国工程物理研究院 科技信息中心,四川 绵阳,621900
  • 表面物理与化学重点实验室,四川 绵阳,621907
  • 中国核电工程有限公司,北京,100840
  • 中国科学院 合肥物质研究院,合肥,230031
  • 核工业西南物理研究院,成都,610041
  • 清华大学 核能与新能源技术研究院,北京,100084
  • 西安交通大学 能源与动力工程学院,西安,710049

摘要: 聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和次临界能源堆，主要目标是生产电能。回顾了国内外混合堆的发展历史，给出混合能源堆设计的边界条件和约束条件，说明次临界能源堆以铀锆合金为燃料、水为冷却剂的设计思想。利用输运燃耗耦合程序 MCORGS 计算了混合能源的燃耗，给出了中子有效增殖因数、能量放大倍数和氚增殖比等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化，说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。论述了混合堆的热工设计并进行了安全分析。对于燃耗数值模拟程序，通过多家对算，保证其计算结果的可信性。针对次临界能源堆的特点，利用贫铀球壳建立了贫铀聚乙烯装置和贫铀 LiH 装置，并且专门设计加工了天然铀装置，开展铀裂变率、造钚率、产氚率等中子学积分实验，验证了数值模拟的可靠性。

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