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第卷第期核科学与工程..
年月.
托卡马克商用混合堆燃耗计算
冯开明谢中友
西南舒理研究院。。四川
摘要
研栅工悉奎二型窆堡鱼堡竖踅程崖塑里两醚鲤学堑鍪堡毫呈曼迪用该
程序完成了托卡马克商甩混合堆概念设计的燃耗计算。本文简要介绍了该程序和数
据库并给出了有关的计算结果。
一
、引言
聚变一裂变混合堆是聚变和裂变过程的一种组合,使聚变和裂变的特点得以互相补
充。这种堆概念的特点是在燃料增殖区放置大量的重元素或,用聚变产生的中
子把转换材料”或。转换成裂变材料或。
燃耗计算是混合堆概念设计中一项十分重要的工作, 它对于验证系统的中子学性能
燃料增殖率、氚增殖率和能量增益,确定包层中燃料的最佳布置、燃料循环
方案设计以及系统经济性分折有密切的关系。混合堆设计中,燃料增殖率是一项重要
指标,但是目前的中子学设计都是在假定系统为稳态的前提下进行的,而堆内材料成分
和中子通量分布是随时间变化的混合堆燃耗计算的主要目的就是确定堆运行过程中燃
料成分的空间分布和随时间的变化, 为堆的设计研究提供数据。
大家知道,裂变堆芯部能谱基本上与空间无关, 可用一个能谱来描述,燃耗计算可
采用少群尸。或扩散近似来确定大致的通量分布。对于混合堆设计, 由于几何复杂, 当
.的聚变中子穿过第一壁和较厚的包层时,中子通量和能谱变化较大,这种变化
随不同的堆型设计而异。此外混合堆燃耗计算常需追踪这样一些参数: 在特定燃料区
域中裂变核的浓度,重同位素的生成, 比功率等随时问和空间的变化。因此, 目前裂变
堆燃耗计算方法和计算机程序不能应用于混合堆设计,需研制空问多维、中子能量多群
的混合堆燃耗计算程序和燃耗数据库。
由于目前国内尚无混合堆燃耗计算程序, 为完善混合堆的设计研究,研锖茸了混合堆
燃耗程序—,应用该程序完成了托卡马克商用混合堆—
设计⋯的燃耗计算。
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口‘
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二、方法
.一Ⅲ程序
一Ⅲ程序是以为基础研制的一维燃耗程序。一
程序是美国公司研制的用于计算裂变堆内周位素的产生和贫化的程序,
它采用矩阵指数求解核素密度平衡方程,程序基本的数学方法如下:
方程式;—
解。

展开式;。青—
递推公式· Ⅳ”。

式中,Ⅳ是桉素浓度“矢量”, 一是活化/衰变交换矩阵。程序采用零维模
型, 巾予通量为两群热群、共∞振∑群一, 由输人数据提供。
所研制的—程序采用一了程序的基本数学方法, 根据混合堆设计的
特点, 对原程序做了大量的改进和扩展。—程序的主要特点和功能如下:
可详细计算空间一维、群中子的混合堆燃耗问题。
适用于各种燃料循环的混合堆增殖包层设计的燃耗问题。
研制了较完整的燃耗数据库, 中子截面数据考虑了共振自屏效应。
可连接中子输运计算程序, 也可直接输入中子通量数据。
程序使用方便, 可用于微机。
原则, 混合堆燃耗计算需采用三维多群输运燃耗程序, 但计算量太大。采用一维
多群燃耗程序, 可很好地兼顾计算精确度和计算机时两个方面, 这对在混合堆概念设计
阶段是很实用的。
. 燃耗数据
库是为一Ⅲ程序配套研制的燃耗数据库,它包括了