本发明专利技术公开了一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界反应堆的散裂靶，涉及核能技术领域，其特点是：散裂靶的堆芯呈三角形栅格排列，从中心向外依次为质子束流(1)、液态重金属散裂靶(2)、裂变燃料区(3)、轴向反射区(4)、轴向屏蔽区(5)、径向反射区(6)和径向屏蔽区(7)。基于采用TRU弥散金属燃料的所在堆芯，应用反应堆物理和散裂靶物理原理，以嬗变性能为评价指标进行了散裂靶几何的优化。基于该优化散裂靶，其所在堆芯可在不改变堆芯结构与材料组成分布的状态下，具备固定功率运行模式下获得相同的MA嬗变性能，降低质子束流流强并提高反应堆能量增益因子，固定质子束流流强运行模式下获得更高MA嬗变性能的功能。
【技术实现步骤摘要】
-种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界 反应堆的散裂靶
本专利技术涉及核能
，具体涉及一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速 器驱动次临界反应堆的散裂靶设计方案。
技术介绍
世界和中国均面临能源危机和温室效应问题。为应对这一严峻局面，世界各国均 非常重视发展可再生能源和新能源并开展了相关研究。综合所有相关因素后，核能影响环 境程度最小，且核电厂能提供连续的电力需求，并不受气候影响，加之核燃料运输与储存方 便、发电成本稳定、核电技术与产业化成熟等优势，核能被公认为是目前最有希望可大规模 替代化石能源的一次能源，并得到大力发展。 伴随核能快速发展而来的核废料问题，最受社会公众关注、最为迫切需要解决。核 废料处理问题中，乏燃料中次锕系核素的处理问题一直是世界性的难题。随着我国经济的 快速增长，能源需求尤其是核能需求急剧增加，带动了我国压水堆核电站装机容量的快速 增长，核废料的累积量由此快速增加。根据我国核电的中长期规划，2020年我国核电运行装 机容量将达到5800万千瓦，预计2020年当年我国乏燃料将达1450吨，届时我国乏燃料累 积量将达到约1. 5万吨，其中次锕系核素（MA)约12吨，钚约120吨，长寿命裂变产物（LLFP) 约18吨。这些核废料寿命长、放射毒性大，不到核反应堆乏燃料总量的3%，却集中了乏燃 料99 %以上的放射性，对地球上的生命具有很大的危险性。面对这种严峻的局面，如何妥善 处理高放核废料，使核废料最少化，以确保子孙后代的环境安全和我国核能的可持续发展， 是一个必须解决的重大问题。国际上现有两种主流的乏燃料处理管理技术路线，一种是以 美国卡特政府为代表的一次通过循环策略，一种是以欧盟为代表的闭式燃料循环策 略。一次通过循环方式指将卸载并冷却后的乏燃料经核化学处理工艺流程后所获得的高 放核废料通过水泥或玻璃固化等方式包装，直接进行深地质处置。该处理方案工艺流程较 简单，但面临百万年后由于地质运动或包装物破裂等原因导致的放射性释放风险以及铀、 钚资源浪费问题。闭式燃料循环方式指采用后处理工艺流程分离并回收乏燃料中的铀和 钚，所回收的铀和钚再返回到反应堆中进行循环使用。目前，国际上提出了基于闭式燃料 循环的先进核燃料循环即分离-嬗变（P-T)战略，该技术管理路线是指通过采用化学或高 温电化学等分离工艺，除对铀和钚回收利用外，将高放废料中的次锕系元素和长寿命裂变 产物分离出来，利用嬗变装置中将长寿命高放废料转变为短寿命低放核素或稳定核素。 先进核燃料闭式循环方案中，加速器驱动次临界堆（Accelerator Driven Sub-critical System，ADS)是目前致力于嬗变放射性核废料、有效利用核资源及产出能量 的理想装置，具有良好的资源效益、环境效益、经济效益、安全效益和社会公众效应。国际原 子能机构IAEA将ADS列入新型核能系统中，并称之为新出现的核废料嬗变及能量产生的 核能系统。基于核废料嬗变相关理论，在低于现有技术极难达到的热中子通量l〇 16n/cm2/ s水平下，快中子适于嬗变MA，热中子则适于嬗变LLFP。ADS中散裂反应所产生的散裂中子 和核燃料发生裂变反应产生的裂变中子属于快中子，这些中子的能量均大于Μ的裂变阈， 因此适于嬗变ΜΑ。上世纪80年代以后，由于技术的发展和嬗变核废料的紧迫性，国际上对 使用ADS嬗变核废料的研究日趋活跃，特别是上世纪90年代Rubbia提出能量放大器概 念以来，国际上各主要核电大国均对利用ADS嬗变核废料开展了研究，美国、欧盟、日本、俄 罗斯和韩国等均提出了各自的国家计划并制定了发展路线图，并以此开展相关研究。 加速器驱动次临界反应堆ADS由外源驱动诱发裂变。因为次临界，仅靠 ADS反应 堆自身的裂变无法实现中子的链式反应自持。因此，次临界的ADS必须通过注入外源中子 以维持其链式反应。ADS的外中子源是由高能质子打击散裂靶产生，外源中子主要分布于 散裂靶。因此，ADS的外源相关效应与散裂靶密切相关。CERN的Kadi、Latin School of Chicago的Ciprian Zahan以及国内西北核技术研究所的万俊生、中国原子能科学研究院 樊胜等人均开展了相应散裂靶设计优化工作。但截止目前为止，均没有发现有以嬗变性能 为指标开展散裂靶的设计优化，且涉及到堆芯的此类相关文献中均未采用TRU燃料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临 界反应堆的散裂靶，基于采用TRU弥散金属燃料的次临界堆芯，应用反应堆物理和散裂靶 物理原理，以嬗变性能为评价指标进行了散裂靶几何优化，实现该堆芯低质子束流流强、高 能量增益和高效嬗变MA核废料的目的。 为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的： -种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界反应堆的散裂靶，其材 料采用液态铅铋合金，无窗，按径向从其中心向外依次为质子束流、液态铅铋合金靶。该散 裂靶所在堆芯布局为：堆芯为三角形栅格排列，采用六角形组件形式，按径向从其中心向外 依次为质子束流（1)、液态铅铋合金靶（2)、裂变燃料区（3)、轴向反射区（4)、轴向屏蔽区 (5)、径向反射区（6)和径向屏蔽区（7)。质子束流能量设计为1.5GeV，通过中高能强流质 子加速器产生，流强可调，该高能质子束轰击液态铅铋合金靶所产生的散裂中子作为驱动 裂变燃料区（3)的外中子源；裂变燃料区（3)使用MA/Pu = 7/3的TRU弥散金属燃料作为 核燃料，由外中子源区提供的散裂中子在裂变燃料区（3)使燃料发生裂变反应从而嬗变并 产生能量；轴向反射区（4)和径向反射区（6)采用液态铅铋和不锈钢作为反射材料；轴向 屏蔽区（5)采用液态铅铋和不锈钢为主体材料；径向屏蔽区（7)使用碳化硼作为屏蔽材料。 根据加速器驱动次临界堆嬗变MA的目标，基于反应堆物理和散裂靶物理原理，以归一到单 一质子的全堆的MA嬗变性能作为评价指标表征相同MA嬗变性能情况下外源几何的嬗变效 果，根据次临界堆芯物理模型，进行了散裂靶物理和中子学输运燃耗计算分析，优化了散裂 靶几何结构，实现堆芯在固定功率运行模式下低质子束流流强和固定质子束流流强运行模 式下高嬗变性能的目的。 本专利技术与现有技术相比的优点在于： 1.本专利技术提供的低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界反应堆的 散裂靶，能够实现反应堆在固定功率运行模式下降低质子束流流强、在固定质子束流流强 运行模式下高效嬗变核废料的目的。 2.本专利技术相比于国际上的ADS散裂靶设计研究方案，本专利技术提供的加速器驱动次 临界反应堆的散裂靶，应用反应堆物理和散裂靶物理原理，引入归一到单一质子的全堆的 Μ嬗变性能作为评价指标对散裂靶的几何结构进行了计算优化，可以在保持高核废料嬗变 性能的同时获得很好的降低质子束流流强、提高能量增益因子的效果。 3.本专利技术相比于国际上的ADS设计研究方案，本专利技术提供的加速器驱动次临界反 应堆的散裂靶，堆芯采用了 MA/Pu = 7/3的TRU弥散金属燃料作为核燃料，可以获得更高效 嬗变核废料且具有良好固有安全性的效果。 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界反应堆的散裂靶，其特征在于：按径向从其中心向外依次为质子束流(1)、液态重金属散裂靶(2)、裂变燃料区(3)、轴向反射区(4)、轴向屏蔽区(5)、径向反射区(6)和径向屏蔽区(7)。裂变燃料区(3)使用MA/Pu＝7/3的TRU弥散金属燃料作为核燃料，由散裂靶(2)提供的散裂中子在裂变燃料区(3)使燃料发生裂变反应并产生能量；轴向反射区(4)和径向反射区(6)采用液态铅铋和不锈钢作为反射材料；轴向屏蔽区(5)和径向屏蔽区(7)使用碳化硼作为屏蔽材料。
【技术特征摘要】
1. 一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界反应堆的散裂靶，其特征 在于：按径向从其中心向外依次为质子束流（1)、液态重金属散裂靶（2)、裂变燃料区（3)、 轴向反射区（4)、轴向屏蔽区（5)、径向反射区（6)和径向屏蔽区（7)。裂变燃料区（3)使 用MA/Pu = 7/3的TRU弥散金属燃料作为核燃料，由散裂靶（2)提供的散裂中子在裂变燃 料区（3)使燃料发生裂变反应并产生能量；轴向反射区（4)和径向反射区（6)采用液态铅 铋和不锈钢作为反射材料；轴向屏蔽区（5)和径向屏蔽区（7)使用碳化硼作为屏蔽材料。2. 根据权利要求1所述的一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临界 反应堆的散裂靶，其特征在于：基于采用TRU弥散金属燃料的次临界堆芯，应用反应堆物理 和散裂靶物理原理，以嬗变性能为评价指标进行了散裂靶几何优化，实现该堆芯低质子束 流流强、高能量增益和高效嬗变MA核废料的目的。3. 根据权利要求1和2所述的一种低质子束流流强高效嬗变核废料的加速器驱动次临 界反应堆的散裂靶，其特征在于：所述散裂靶为无窗液态铅铋合金散裂靶，以归一到单一质 子的全堆的MA嬗变性能作为评价指标表征相同MA嬗变性能情况下外源几何的嬗变效果， 散裂靶几何通过散裂靶物理和中子学输运燃耗计算分析进行优化，达到堆芯在固...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。