LEU啟堆模式下的氯鹽快堆Th-U與U-Pu循環特性研究

何燎原 夏少鵬 嚴 睿 鄒 楊 劉桂民

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院先進核能創新研究院 上海 201800）

3（中國科學院大學 北京 100049）

核燃料循環是提高燃料利用率、解決能源危機的一種有效途徑［1］，當前燃料循環主要有兩種路線：Th-U循環和U-Pu循環。兩種循環方式均有各自的優勢：如Th-U循環中增殖核素釷在自然界中儲量豐富，可以提供可持續的能源供應；而U-Pu循環在燃料回收、后處理等方面具有較好的技術基礎［2］。

熔鹽堆，作為第四代反應堆中的唯一的液態燃料堆，液態熔鹽在堆中既為冷卻劑也是燃料，熔鹽堆無需復雜燃料組件制造且可在不停堆的狀態下進行可在線添換料，因此相比于固態燃料堆，其在中子經濟性、固有安全性、防核擴散、燃料利用率等方面均有顯著優勢，是現實閉式燃料循環的理想堆型［3-5］。

熔鹽堆可使用的載體鹽主要有氟鹽和氯鹽兩種。氟在自然界沒有同位素，天然氯中37Cl與35Cl的含量分別為24.23%、75.77%，35Cl在反應堆中易生成S與36Cl，其中S易腐蝕結構材料，令結構材料“脆化”，而36Cl有30萬年左右的半衰期，易溶于水且其β射線強度為709 keV，一旦發生泄漏會對生存環境造成較大影響，因此氯鹽需要對37Cl進行富集。另外由于在熱譜區Cl的俘獲截面遠大于F，且氯的相對分子質量較大慢化能力更弱，因此從中子經濟性角度，氯鹽不適合用于熱堆，一定程度上制約了氟鹽堆的使用［6-7］。因此，大多數研究集中在氟鹽堆，比如美國的先進高溫堆（Advanced High Temperature Reactor，AHTR），其采用固態燃料，用FLiBe作為堆芯冷卻劑，進行Th利用等研究［8］；……