新型重水慢化熔鹽堆堆芯優化設計

伍建輝 余呈剛 鄒春燕 馬玉雯 賈國斌 蔡翔舟,3 陳金根,3

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）

熔鹽堆采用液態形式燃料，可進行在線加料及燃料后處理等操作，實現裂變產物在線去除、所增殖的易裂變核素在線提取以及錒系核素的及時分離與回堆焚燒［1-2］，進而達到核燃料的有效利用與增殖以及錒系核素的有效嬗變。截止目前，熔鹽堆經歷約70年的發展，涌現了一系列堆芯設計［3-9］。這些設計都采用石墨作為慢化劑，其高熔點可確保堆芯高溫穩定運行。但2005年Nuttin對大型增殖堆MSBR（Molten Salt Breeding Reactor）進行重新評估后發現，當堆芯內石墨慢化劑溫度升高后，由于其中子能譜向233U裂變有利的一方移動，導致大型增殖熔鹽堆溫度反應性系數可能為正［10］。此外，由于堆芯石墨經受高中子通量輻照，會造成石墨結構損傷，需要對其進行定期更換［10］。

直接去除堆芯石墨是解決上述問題的有效途徑之一，這也是歐盟提出熔鹽快堆（Molten Salt Fast Reactor，MSFR）的主要原因［11-12］。由于無石墨慢化，熔鹽快堆可實現深的負溫度反饋。但同時也造成堆芯中子能譜硬化，致使初始易裂變核素裝載量顯著增加。對于缺乏天然易裂變核素233U的熔鹽堆釷鈾循環而言，將嚴重影響其早期部署。因此，采用其他慢化劑替換石墨成為解決堆芯石墨問題的另一種潛在方案。重水的中子慢化-吸收截面比高達2 100，遠高于其他慢化劑，是石墨的12倍，可充分慢化堆芯中子能譜，獲得高中子經濟性［13-14］。……