超臨界水冷堆新型MOX燃料組件物理特性研究.pdf

1、隨著核電的快速發(fā)展，國際上正積極開發(fā)第四代先進(jìn)核反應(yīng)堆技術(shù)。超臨界水冷堆(Supercriticalwatercooledreactor，SCWR)，作為第四代堆型中唯一的水堆，因其系統(tǒng)簡化、熱效率和安全性能高等優(yōu)勢，成為大型先進(jìn)壓水堆的替代堆型。而伴隨核電比例的增加，核電站產(chǎn)生越來越多的乏燃料，其中U和Pu的回收逐漸受到人們的關(guān)注。其通常方式是將钚與鈾制成混合氧化物MOX燃料(MixedOxideFuel)通過鈾钚循環(huán)來回收核電站乏燃

2、料中的钚。因此，超臨界水冷堆中采用MOX燃料可以實(shí)現(xiàn)第四代核能技術(shù)與鈾钚燃料循環(huán)技術(shù)的結(jié)合。然而由于MOX燃料在物理特性上與UO2燃料存在較大差異，需要對采用MOX燃料的超臨界水冷堆新型組件物理特性進(jìn)行詳細(xì)研究。
　　本文首先采用MCNP軟件計(jì)算得到MOX燃料的總中子反應(yīng)截面、中子吸收截面、中子裂變截面和中子散射截面，并與UO2燃料的相關(guān)截面進(jìn)行對比，得到兩種燃料在截面上的差異：MOX燃料有較大的總中子反應(yīng)截面、中子吸收截面和中子

3、裂變截面，兩種燃料中子散射截面近似。進(jìn)一步得到了MOX燃料中各核素的中子截面特性，分析了MOX與UO2燃料核特性存在差異的原因。獲得了MOX燃料中各易裂變核素在熱中子能區(qū)和快中子能區(qū)的俘獲裂變比變化規(guī)律。同時研究了MOX燃料中PuO2含量對燃料和組件物理特性的影響。
　　鑒于MOX與UO2燃料物理特性上的差異性，進(jìn)一步分析了組件尺寸變化對其物理特性參數(shù)的影響。通過計(jì)算，得到了MOX燃料組件中燃料棒直徑和柵徑比變化對組件的物理性能的

4、影響，獲得了組件的裂變反應(yīng)率、俘獲反應(yīng)率、Keff、組件功率和徑向相對功率峰值以及能譜的變化規(guī)律。結(jié)果表明通過燃料棒直徑和柵徑比設(shè)計(jì)可以改善組件的物理性能。
　　此外還分析了MOX燃料新型組件的冷卻劑與慢化劑溫度反應(yīng)性系數(shù)。發(fā)現(xiàn)冷卻劑溫度系數(shù)在擬臨界溫度附近達(dá)到最小值，且其值受MOX燃料PuO2含量的影響。MOX燃料組件有很好的慢化劑溫度負(fù)反應(yīng)性，其值也受MOX燃料PuO2含量和235U富集度的影響。通過調(diào)整PuO2含量和235U

5、的富集度來得到所要求的慢化劑溫度系數(shù)，可以保證固有安全性。
　　最后分析了MOX燃料組件控制棒和可溶硼對組件反應(yīng)性控制效果。既對比了控制棒不同10B富集度、不同直徑條件下單棒的價值，也分析了不同富集度條件下可溶硼濃度變化對Keff、慢化劑溫度系數(shù)和徑向功率峰值的影響，以及PuO2含量對硼價值的影響。發(fā)現(xiàn)控制棒插入不會影響徑向功率分布的均勻性，可溶硼濃度越大，組件功率分布越均勻。表明MOX燃料組件中通過提高控制棒的10B富集度和增大