熔鹽快堆U-Pu燃料循環(huán)增殖性能分析

李冬國 周雪梅 劉桂民

（中國科學院上海應(yīng)用物理研究所 上海201800）

熔鹽反應(yīng)堆是以熔融狀態(tài)混合鹽做為反應(yīng)堆裂變?nèi)剂希簯B(tài)高溫熔鹽同時充當反應(yīng)堆主冷卻劑。熔鹽堆具備安全性高、結(jié)構(gòu)簡單、大功率密度、熱電高轉(zhuǎn)化比（～45%）、負反應(yīng)性溫度系數(shù)大、燃料可在線添料和后處理、可燃燒乏燃料和對核廢料進行嬗變處理、可充分利用釷鈾資源和反應(yīng)堆易裂變核素高增殖等優(yōu)點。缺點是高溫熔鹽對結(jié)構(gòu)材料耐腐蝕性要求比較高。

熔鹽反應(yīng)堆起源于美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL），20世紀50～70年代ORNL進行了熔鹽反應(yīng)堆實驗7.4 MW功 率 MSRE（Molten Salt Reactor Experiment）［1-5］、260 MWe氯鹽快堆實驗［6］和熔鹽增殖堆概念設(shè)計［7］。近年來熔鹽快堆概念設(shè)計和研發(fā)有：國內(nèi)雙流體冷卻方案［8］、乏燃料在熔鹽快堆中的利用［9］以及錒系核素嬗變處理［10］；英國和德國的燃料鹽與冷卻劑分離式熔鹽快堆概念設(shè)計［11-12］、法國的雙熔鹽冷卻概念設(shè)計［13］以及美國氯鹽快堆概念設(shè)計［14］等。

本文重點關(guān)注熔鹽快堆中鈾钚燃料循環(huán)238U到239Pu的增殖性能。采取雙流分區(qū)技術(shù)方案，即裂變和增殖熔鹽燃料隔離分區(qū)、兩熔鹽流體同時做主回路冷卻劑，并利用高溫下氟化和氯化混合熔鹽中的重金屬鹽高溶解度特點，對影響反應(yīng)堆增殖比的物理量進行分析，以獲得可行的高增殖比熔鹽燃料方案。所有模擬計算均采用國際上通用SCALE反應(yīng)堆設(shè)計軟件。

1 核燃料增殖

我們在文獻［15］中簡述了Th-U燃料循環(huán)增殖原理和方式，對于U-Pu燃料循環(huán)，也有類似途徑。能量高于一定閾值的中子，可以被238U（或232Th）俘獲，并通過一系列β衰變生產(chǎn)易裂變核素239Pu（或233U），從而實現(xiàn)核燃料增殖目的。……