摘要：特殊临界安全是空间反应堆(尤其是快中子堆)设计中需要重点考虑的问题,快中子空间反应堆一旦发生发射掉落事故掉入水、干沙或湿沙中,中子慢化能力增强,反应性上升,可能会导致反应堆发生临界安全事故,设计时需确保反应堆在各类掉落事故工况下始终保持次临界。谱移吸收材料(SSA)是一种共振能区中子比快中子能区中子吸收截面大得多的材料,将其应用于快中子空间反应堆中可以显著提升反应堆的临界安全性。以液态金属回路冷却快中子空间反应堆为研究对象,采用蒙特卡罗方法的MCNP程序建模计算,对梳理出来的5种SSA材料性能及湿沙含水量对于事故反应性的影响进行分类量化研究,以指导反应堆的特殊临界安全设计。研究结果表明,SSA材料的堆内使用及合理布置解决了反应堆的特殊临界安全问题。本研究成果可为后续相关堆型的临界安全设计提供有益参考。

摘要：特殊临界安全事故是空间堆的设计基准事故,掉落的临界安全问题是发射之前需要详细论证的重要安全问题。当前国内外针对空间堆特殊临界安全问题的分析仅简单计算k_(eff),没有提出有效的分析论证方法。参照国际上通用的反应堆外易裂变材料的核临界安全分析方法,基于在与原型堆具有高度相似性的临界装置上获取的特殊临界安全实验数据,提出了一种合理的空间堆特殊临界安全分析方法。基于与TOPAZ-Ⅱ空间堆具有高度相似性的Narciss-M装置上获取的特殊临界安全实验数据,使用该方法对TOPAZ-Ⅱ空间堆的特殊临界安全问题进行了分析,结果表明该堆不满足临界安全要求;提出了TOPAZ-Ⅱ空间堆设计改进措施,并论证其可行性。

摘要：空间核反应堆电源具有结构紧凑、比功率大、寿命长、不依赖光照以及环境适应性强等优点,是月球基地最理想的能源解决方案。以美国FSP方案为参考,确定净输出电功率40 kW、寿期10 a为核电源的基本参数指标。对于月球基地用空间核反应堆电源,热中子反应堆方案相比快中子反应堆方案在减轻屏蔽体质量和节省核燃料方面更加具有竞争力。在对比分析了空间堆上几种常用的金属氢化物后,以长寿命为原则,选择YH_(1.8)作慢化剂。环形燃料作为一种革新性的燃料形式,具有双边慢化和双边冷却的特点,可以减小固体慢化剂的正温度效应并显著提高反应堆的热工安全裕量,是未来高性能反应堆的首选燃料形式。通过借鉴前苏联TOPAZ-Ⅱ空间堆的堆芯结构,在此基础上整合美国FSP方案的系统结构,最终设计出此堆芯方案。通过采用环形燃料元件并对栅格参数进行优化设计,解决了固体慢化剂带来的全堆正温度效应问题;通过引入安全棒设计,解决了特殊临界安全要求问题;通过采用YH_(1.8)慢化剂,解决了慢化剂的氢泄漏问题。以MCNP程序为计算工具,完成了.堆芯物理方案的设计与优化。与FSP方案相比,堆芯(含反射层)尺寸参数相当,没有因为使用慢化剂而使堆芯体积变大,并且^(235)U装量仅需18.463 kg,只有FSP方案的1/4。