10 MW固態燃料釷基熔鹽堆穩態物理-熱工耦合

陳家豪1,2 張海青1 朱智勇1

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10 MW固態燃料釷基熔鹽堆穩態物理-熱工耦合

陳家豪張海青朱智勇

1（中國科學院上海應用物理研究所嘉定園區 上海 201800） 2（中國科學院大學 北京 100049）

固態燃料釷基熔鹽堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel, TMSR-SF1)作為第四代先進核反應堆堆型之一，繼承了熔鹽冷卻劑和球形燃料元件的許多優點和技術基礎，具有良好的經濟性、設計上的固有安全性、釷鈾燃料的可持續性和防核擴散性。本文以10 MW固態燃料釷基熔鹽堆為模型，利用MCNP (Monte Carlo N Particle Transport Code)和ANSYS Fluent等模擬程序對其進行多物理耦合分析，同時利用C++語言編寫了堆芯活性區的物理-熱工耦合計算程序，實現了MCNP計算結果與Fluent程序的對接，并且通過對比耦合前后結果，分析了堆芯功率密度分布、有效增殖因子、溫度分布等主要參數，為熔鹽堆的設計、安全性評估和操作運行提供了參考依據。

固態燃料球，釷基熔鹽堆，物理熱工耦合，穩態分析

固態熔鹽堆是由美國科學家于2003年提出的第四代反應堆堆型之一，其主要特點包括：1) 使用氟化物熔鹽冷卻（熔鹽堆）；2) 使用三向同性(Tri-structural Isotropic, TRISO)包覆顆粒燃料（高溫氣冷堆）。包覆顆粒燃料元件有球形和柱形兩種基本類型，其特點是能夠在高溫下運行，具有本征的安全性。固態燃料釷基熔鹽堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel, TMSR-SF1)是中國科學院“未來先進核裂變能”戰略性先導科技專項優先選擇并設計的兩種反應堆堆型之一。2012年4月，中國科學院TMSR專項啟動第一個固態燃料釷基熔鹽堆的設計和建造。該堆型采用球形燃料元件，利用熔鹽冷卻劑把固態燃料球產生的裂變能有效傳遞到熱力系統進行能量轉換。……