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加速器驱动快-热耦合次临界系统的概念设计

蒋校丰  谢仲生  
【摘要】:本文在Barzilov等人相关研究工作的基础上提出了一个以核废物嬗变、产能和钍资源利用为目的的加速器驱动快-热耦合次临界系统概念设计方案。该系统由高能质子加速器、散裂靶、快中子包层和热中子包层四个部分组成(见下图),利用散裂中子驱动快包层,使散裂中子倍增,以产生更多的中子泄漏到次临界的热包层。快包层对散裂中子具有放大作用,相当于快中子倍增器。热包层中实现能量放大,用以产能,相当于能量放大器。同时快包层可嬗变锕系元素、热包层可嬗变裂变产物。在核设计上, 内区的快包层和外区的热包层是相互独立的,快、热包层之间为空腔和B4C包层以实现块、热包层间中子的单向耦合。快包层装以合金燃料(MA+Pu)Zr,热包层初始循环装以氧化物燃料(Th+Pu)O2,平衡循环装以(Th+233U+Pu)O2燃料。99Tc、129I和135Cs分别以单质、NaI和CsC1的形式装入热包层。快包层中子放大系数约为10.0,快、热包层中子耦合系数约为0.036。快包层的热功率为300 MW,循环长度为150天;热包层的热功率为1 500 MW,循环长度为1 080天。该系统具有较高的嬗变效率、能量放大倍数和燃料转换比:系统能量放大系数不低于320;系统每年可嬗变MA 36.1 kg、嬗变支持比约为1 PWRs,可嬗变FP 85.7kg、嬗变支持比约为2 PWRs;热包层的转换比为0.715。

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