鋰冷空間堆輻照產氦行為研究

安偉健，霍紅磊，李來冬，汪新智，張昊春

(1.中國原子能科學研究院 反應堆工程技術研究部，北京 102413；2.哈爾濱工業大學 能源科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

相比于其他空間電源，空間核反應堆電源(簡稱空間堆)具有能量密度高、體積小、重量輕、可靠性高、不依賴陽光等諸多優勢，是深空探測以及星表基地等空間任務的理想能源[1]。

空間堆普遍采用液態金屬(如Na、K、NaK、Li等)作為傳熱工質，液態金屬同時具備高運行溫度、高傳熱能力、低蒸氣壓等優點。其中，Li在大功率空間堆的設計中被廣泛用作反應堆冷卻劑，如NASA LEWIS快堆(2.17 MW)[2,3]、SNAP-50(2.0 MW)[4,5]、SPR-6(57 MW)[6]、SPR-8(10 MW)[7]、NuERAⅡ(275 MW)[8]以及SP-100(2.45 MW)[9-11]等，大功率Li冷空間堆是未來空間電推進任務的理想能源之一。

Li在受反應堆中子輻照時會產生He，He的累積會對一回路的熱工水力造成不利影響，需要設置氣體分離器對其進行收集。因此，對Li輻照產He的計算和研究是Li冷空間堆設計必不可少的環節。

美國在20世紀80年代曾對Li冷空間堆SP-100的He產量進行數次計算。其中，El-Genk等人采用了理論推算的方法[12-13]；通用電氣公司(GE)的Brandon采用了點燃耗計算程序ORIGEN2和GASP[12]；McGhee則采用了二維SN程序TWODANT進行計算[12]。三種計算方法均對實際模型進行了大量的近似處理，三者的計算結果也存在較大差異。

為全面研究Li冷空間堆產He行為，本文構建了兆瓦級Li冷空間堆LISA；采用三維蒙特卡羅程序MCNP對LISA產He行為進行了較為精確的計算，詳細比較了不同反應以及不同區域產生He的量，研究了7Li豐度以及中子能譜對產He的影響，并提出了Li冷空間堆方案的優化思路。……