摘要：气冷快堆的堆芯安全设计是制约其研发进度的关键技术难点之一,而增强温度负反馈效应是提高堆芯固有安全性的有效手段。针对气冷快堆堆芯能谱较硬、反应性温度系数小、温度负反馈效应弱的问题,本文提出了一种增强温度负反馈的气冷快堆堆芯优化设计方案。通过合理布置慢化材料、优化活性区高径比、优化燃料富集度等手段,达到了调节堆芯能谱、强化多普勒效应、增强活性区中子泄漏,进而增强堆芯温度负反馈的优化效果。采用三维蒙特卡罗输运程序对上述气冷快堆堆芯方案进行模拟分析,结果表明:优化后的堆芯具有均匀的功率分布和充足的安全裕量,且能够在温度限值内仅依靠温度负反馈效应实现自动安全停堆,验证了优化手段的有效性和堆芯方案的安全可靠性。

摘要：气冷快堆兼具高温气冷堆的经济性和快堆的可持续性等优点,在四代堆型中具有独特的技术优势。为了适应气冷快堆高温、高中子通量的堆芯环境,本文基于耐事故燃料模型,提出了一种块状气冷快堆燃料组件设计方案,并对该组件中铀钚混合燃料中的钚含量、冷却孔道的直径及数量、栅距比、包壳及组件盒厚度等物理参数对中子学特性的影响规律开展了敏感性分析研究。分析结果表明:在研究的6个参数中,钚含量和栅距比对组件的中子学特性影响最大,冷却孔道数量主要影响组件内的功率分布,其余参数对组件中子学特性几乎无影响。最后针对块状燃料组件低冷却剂份额的特点,利用单通道模型进行组件内的温度分布计算,给出了热工限值对组件参数的要求。

摘要：气冷快堆是第4代核能系统候选方案之一,具有高温多用途、能增殖等优点。本工作以一气冷快堆的设计方案为研究对象,针对单组件模型和全堆芯模型,采用MCNP耦合ORIGEN的方法,计算了有关临界、燃耗过程的几个重要物理特性,比较了采用精细化结构和组件均匀化方法在计算精度、计算时间等的差别,说明了采用组件均匀化方法进行气冷快堆全堆燃耗计算的必要性和可行性。

摘要：本文采用MCNPX与ORIGEN耦合的COUPLE2.0程序对加速器驱动的次临界气冷快堆进行了物理方案的设计和研究。计算得到了该方案350d燃耗期间的keff、质子效率、加速器束流强度、1 500K温度下的多普勒系数、功率峰因子等参数,并研究了该方案的安全特性;通过计算得到了该方案燃耗并分析了该方案的嬗变能力。结果表明,该方案在350d燃耗期间的keff、加速器束流强度、功率峰因子变化较小,在假想事故下仍保持较深的次临界状态,系统安全性能较好;燃耗较浅,嬗变支持比为20.28,具有较好的嬗变效果。

摘要：针对气冷快堆温度反应性系数较小、在瞬态事故中由温度变化造成的负反馈弱的问题,本文提出一种增强气冷快堆负反馈效应的优化方法。使用西安交通大学自主研发的SARAX程序对堆芯设计方案进行分析,并使用中子平衡分析方法,将冷却剂密度变化引起的反应性变化分别按照反应类型、核素及能群进行分解,研究了堆芯参数对反应性系数的影响。计算结果表明,基于中子平衡方法对反应性进行分解,可以定量计算出不同参数对反应性变化的贡献,证明了优化措施的有效性,可为堆芯优化工作提供理论支撑。

摘要：由于二氧化碳本身的慢化能力较弱,因此超临界二氧化碳冷却反应堆通常具有较硬的能谱,在冷却剂丧失事故发生时容易出现由正反应性反馈引入的安全问题。本文针对超临界二氧化碳反应堆的能谱特点,提出了描述其中子循环过程的三因子公式,并将冷却剂丧失对反应性的影响拆分为能谱项和泄漏项,作为进一步研究的理论依据。基于蒙特卡罗模拟方法,对美国麻省理工大学提出的超临界二氧化碳冷却反应堆堆设计方案进行了建模计算和验证,分析了径向反射层、添加慢化材料的影响。研究结果表明:超临界二氧化碳反应堆的设计需要注重能谱的软化与合理的堆芯几何设计,通过分区设置慢化材料的方案可以展平通量、软化能谱,同时降低冷却剂丧失事故引入的反应性;以超临界二氧化碳作为反射层材料,可以通过增大冷却剂丧失事故时的泄漏率在保证中子经济性的同时实现较低的空泡反应性;在进行超临界二氧化碳反应堆设计时,需综合考虑空泡反应性随燃耗的变化,并可以通过优化燃料核素组成来降低空泡反应性。

摘要：针对阴影屏蔽体的材料选取与仪器仓布局问题,本文以核动力航天器为对象,研究了屏蔽材料与结构材料的辐射特性,计算得到了屏蔽体阴影区域内的辐射场分布。本文利用蒙特卡罗方法在屏蔽阴影区范围内对中子与光子进行输运计算,得到中子与光子在空间中的分布情况。通过得到的不同屏蔽材料与结构材料对具有特定能谱的中子与光子的屏蔽效果,选出了适用于空间反应堆屏蔽体设计的材料,确定了一种满足辐射防护限制要求的屏蔽材料组合方式。研究表明:铅、氢化锆和聚乙烯应用于空间堆的辐射屏蔽能使屏蔽体更加轻质化,掺杂氢化锆粉末的聚乙烯复合型材料的屏蔽效果优于单一材料,反应堆至仪器仓前的辐射分布能为仪器舱内的布局设计提供了参考。

摘要：针对包覆颗粒弥散体核燃料用于气冷快堆时存在的燃料装载量低和能谱软化问题,本文提出了一种使用双层包覆颗粒、以ZrSi 2为基体材料的新型弥散体燃料模型,给出了棒状和块状的气冷快堆堆芯布置方案,并用蒙特卡罗程序模拟计算了堆芯中子学参数。计算结果表明:堆芯的能谱未见明显软化,满足气冷快堆的能谱要求,验证了新型弥散体燃料在气冷快堆中的适用性;堆芯具有充足的剩余反应性和安全裕度,通过调节控制组件,可以安全地启动、运行和停堆,堆芯燃料可以达到较高的燃耗深度,验证了堆芯设计方案的合理性。