在線加钚模式下的熔鹽堆釷鈾燃料可持續(xù)性研究

郁長清 朱貴鳳 夏少鵬 鄒 楊 余笑寒

1（中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

作為第四代反應(yīng)堆系統(tǒng)的候選堆型之一［1］，釷基熔鹽堆綜合了釷資源利用和熔鹽堆的優(yōu)點(diǎn)，在燃料利用、固有安全性、可持續(xù)性和防核擴(kuò)散等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。越來越多的國家著手于釷基熔鹽堆的研究，已經(jīng)產(chǎn)生了多種堆型的概念設(shè)計(jì)［2-5］。2011年，中國啟動(dòng)了釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)的研發(fā)工作，目標(biāo)是解決熔鹽堆的關(guān)鍵技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)我國釷資源的高效利用［6-8］。

當(dāng)前，熔鹽堆中的釷燃料利用研究主要集中在兩種循環(huán)方式：1）基于低富集鈾驅(qū)動(dòng)的一次通過方式［9-11］，如 DMSR（Denatured Molten-salt Reactor）、ⅠMSR（ⅠntegralMolten-saltReactor）、SM-MSR（Small Modular Molten-salt Reactor）等，其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的釷利用，技術(shù)成熟性高，適合作為釷利用的第一階段；2）基于在線后處理的釷鈾增殖性 能 研 究［4，12-13］，如 MSBR（Molten-salt Breeder Reactor）、MSFR（Molten-salt Fast Reactor）等，可實(shí)現(xiàn)釷資源100%利用，是熔鹽堆釷鈾循環(huán)的終極模式，但受在線干法技術(shù)處理制約，短期難以實(shí)現(xiàn)。因此，基于離線批處理的釷鈾自持模式被認(rèn)為是從一次通過模式到在線后處理模式演變的較佳過渡技術(shù)方案。以日本的FUJⅠ-U3反應(yīng)堆為例，該堆采用在線鼓泡系統(tǒng)去除裂變氣體和難溶性裂變產(chǎn)物，通過氟化揮發(fā)一次批處理去除其余裂變產(chǎn)物，當(dāng)批處理周期為7.5 a時(shí)（2 000滿功率天），反應(yīng)堆可以實(shí)現(xiàn)233U的自持［14］，為了實(shí)現(xiàn)233U的自持，F(xiàn)UJⅠ-U3反應(yīng)堆有三個(gè)主要缺點(diǎn)：堆芯設(shè)計(jì)為三區(qū)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功率密度較低、批處理周期短。

此外，隨著壓水堆钚積累的問題越來越受到重視，采用熔鹽堆焚燒钚或用钚驅(qū)動(dòng)釷鈾增殖的研究漸成熱點(diǎn)。……