文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
多功能聚变裂变混合实验堆氦冷包层三维中子学初步设计与分
析
姓名:刘金超
申请学位级别:硕士
专业:核能科学与工程
指导教师:吴宜灿
2011-04-25
摘要
摘
要
FDS­MFX(Multi­Functional eXperimental fusion­fission hybrid reactor)是一
个基于现实可行技术的多功能聚变裂变混合实验堆,主要用于验证混合示范堆
(FDS­SFB)的建造和运行技术,同时也可以为未来纯聚变能技术的发展提供
一个良好的实验平台。FDS­MFX 将分三个阶段开展实验研究,分别采用纯氚增
殖包层、铀燃料氦冷包层和乏燃料氦冷包层。其中铀燃料氦冷包层分为两个实
验阶段:前期实验阶段仅以天然铀作为裂变燃料,初步验证混合示范堆的基本
建造与运行技术;后期实验阶段需要在与示范混合堆包层相近的高功率密度水
平下进行中子物理、热工水力、安全等进一步实验研究,验证混合示范堆包层
技术。
本论文使用蒙特卡罗自动建模程序 MCAM 建立了 FDS­MFX 包层三维中子
学模型,利用多功能中子学计算系统 VisualBUS 重点对铀燃料氦冷包层两个实
验阶段进行了初步三维中子学设计与分析。对后期实验阶段,创新性地采用了
局部高浓缩铀模块的设计,对高浓缩铀模块的 4 种典型摆放方式进行了优化计
算与分析,并从中选择了一个较为合理可行的方案(区平均最大功率密度 Pdmax
约为 100MW/m ,235 U 装料量约为 1 吨,氚增殖率 TBR 为 )作为典型参考
设计方案,该参考设计方案使用较少的高浓缩铀燃料达到了模拟混合示范堆包
层高功率密度、高中子通量环境的目的,可降低建造成本,提高经济性。
在中子学参考设计方案的基础上,对包层第一壁的辐照损伤状况进行了初
步计算与分析,计算结果表明,包层满功率运行寿期末,第一壁材料所受辐照
损伤值最大仅为 ,在材料可承受范围之内。然后初步对整个包层进行了
活度、衰变余热和接触剂量率等活化特性分析,为 FDS­MFX 的安全设计和废
料处理提供了初步的参考和建议。
关键词:聚变裂变;实验堆;氦冷包层;中子学3
ABSTRACT
ABSTRACT
FDS­MFX , a multi­functional experimental fusion­fission hybrid reactor based
on viable fusion and fission technologies, mainly is utilized to test construction and
operation technologies of demonstration hybrid reactor(FDS­SFB), and as a
experimental platform, also can provide a good experimental and verification
environment for the future technology development of pure fusion reactor.
FDS­MFX will carry out three­stage tests essively, in which pure tritium
breeding blanket, uranium­fueled helium­cooled blanket and spent­fuel­fueled
helium­cooled blanket are utilized respectively. Uranium­fueled helium­cooled
blanket include two experimental sub­phases, in first experimental sub­phase, natural
uranium is used as the fission fuel to preliminarily verify the construction and
operation technologies of demonstration hybrid reactor. In second experimental
sub­phase, a high power density that is similar to that of demonstration hybrid
reactor should be achieved so that further st