聚变-裂变混合堆三种嬗变包层中子学方案初步分析

核聚变与等离子体物理 ›› 2012, Vol. 32 ›› Issue (4): 344-350.

聚变-裂变混合堆三种嬗变包层中子学方案初步分析

张明春，冯开明，栗再新，赵奉超

(核工业西南物理研究院，成都 610041)

收稿日期:2012-05-07 修回日期:2012-09-21 出版日期:2012-12-15 发布日期:2012-12-14
作者简介:张明春(1987-)，男，湖南常德人，硕士研究生，主要从事聚变堆设计中子学方面工作。

Preliminary analyses of neutronics schemes for three kinds waste transmutation blankets of fusion-fission hybrid

ZHANG Ming-chun, FENG Kai-ming, LI Zai-xin, ZHAO Feng-chao

(Nuclear Industry Southwestern Institute of Physics, Chengdu 610041)

Received:2012-05-07 Revised:2012-09-21 Online:2012-12-15 Published:2012-12-14

摘要/Abstract

摘要：

采用球形托卡马克(ST)等离子体位形，对氦冷嬗变包层、钠冷嬗变包层、氟锂铍(FLiBe)熔盐冷嬗变包层三种嬗变包层中子学方案进行了初步计算分析，并就各自的中子学特性进行了比较。结果表明，从嬗变长寿命放射性锕系核素²³⁷Np的角度考量，FLiBe冷却嬗变包层的嬗变性能最优。对氦冷嬗变包层的计算结果表明，通过改变初装料时²³⁷Np在次锕系元素中的成分比例，可使包层在比较长的运行时间(9.62年)内，保持稳定有效增殖系数、稳定功率、稳定产氚率。

关键词: 聚变, 嬗变, 包层, 中子学

Abstract:

The neutronics schemes of the helium-cooled waste transmutation blanket, sodium-cooled waste transmutation blanket and FLiBe-cooled waste transmutation blanket were preliminarily calculated and analysed by using the spheroidal tokamak (ST) plasma configuration. The neutronics properties of these blankets’ were compared and analyzed. The results show that for the transmutation of ²³⁷Np, FLiBe-cooled waste transmutation blanket has the most superior transmutation performance. The calculation results of the helium-cooled waste transmutation blanket show that this transmutation blanket can run on a steady effective multiplication factor (k_eff), steady power (P), and steady tritium production rate (TBR) state for a long operating time (9.62 years) by change ²³⁷Np’s initial loading rate of the minor actinides (MA).

Key words: Fusion, Waste transmutation, Blanket, Neutronics

中图分类号:

TL64

张明春，冯开明，栗再新，赵奉超. 聚变-裂变混合堆三种嬗变包层中子学方案初步分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2012, 32(4): 344-350.

ZHANG Ming-chun, FENG Kai-ming, LI Zai-xin, ZHAO Feng-chao. Preliminary analyses of neutronics schemes for three kinds waste transmutation blankets of fusion-fission hybrid[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2012, 32(4): 344-350.

参考文献

[1] 顾茂忠, 严叔衡, 郝东秦. 我国核燃料循环后段及商用后处理厂建设相关问题探讨[J]. 走进核电, 2009, 2: 33-40.

[2] 邱小平, 谭健. 我国核电站长寿命裂变产物及超铀核素累积量预测[J]. 核电子学与探测技术, 2005, 25: 84-87.

[3] CHENG E T. Transmutation of nuclear waste in fusion reactors[A]. Proc. Int. Conf. Future Nuclear Systems: Emerging Fuel Cycles and Waste Disposal Options [C]. Seattle, Washington, 1993.

[4] Peng Y-K M, Cheng E T. Magnetic fusion driven transmutation of nuclear waste(FTW)[J]. Fusion Energy, 1993, 12: 381.

[5] 黄锦华. 实验混合堆FEB详细概念设计[R]. 成都：核工业西南物理研究院, 1996.

[6] 冯开明, 张国书, 郭增基. 球形托卡马克聚变嬗变堆中子学设计[J]. 聚变与等离子体物理, 2001, 21(1): 70-73.

[7] 冯开明, 黄锦华. 在聚变堆中嬗变²³⁷Np的研究[J]. 核科学与工程, 1995, 15(1): 50-57.

[8] 冯开明, 胡刚. 托卡马克实验混合堆FEB嬗变MA可行性研究[A]. 中国核学会第七届反应堆数值计算与粒子输运学术交流会论文集[C]. 昆明: 中国核学会计算物理学会反应堆数值计算专业委员会出版, 1998. 48-58.

[9] 杨永伟, 邱励俭. PWR(U)乏燃料中超有元素在混合堆快裂变包层内嬗变研究[J]. 核动力工程, 1995, 16(1): 40-45.

[10] Peng Y-K M, STRICKLER D J. Features of spherical torus plasmas[J]. Nuclear Fusion, 1986, 26: 769-777.

[11] 张国书, 冯开明, 郭增基. ST 嬗变堆中心柱的中子学及中子辐照效应研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2002, 22(1): 25-30.

[12] 格拉斯登 S. 核反应堆工程[M]. 北京: 原子能出版社, 1986. 229-230.

[1]	王芬, 张龙, 曹启祥, 赵奉超, 周冰, 王艳灵. 磁约束聚变堆核安全系统研究与设计[J]. 核工业西南物理研究院, 2025, 45(1): 49-57.
[2]	王开松, 刘明宗, 汪键. 氦冷固态包层氚增殖球床气体和粉末流动特性的数值研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(2): 163-169.
[3]	柴永生, 崔立民, 葛剑, 陈兆波, 张龙, 庞雪威. CFETR胀板式杜瓦冷屏的初步设计与热分析[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 36-42.
[4]	余毅, 马学斌, 蒋科成, 伍秋染, 陈磊, 刘松林 . CFETR 超临界 CO₂锂铅双冷包层第一壁热工水力学分析[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(4): 386-391.
[5]	白晓伟, 姚达毛. 托卡马克遥操作多功能重载机械臂旋转关节救援机构研究 [J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(4): 424-428.
[6]	白晓伟, 姚达毛. 托卡马克遥操作重载机械臂旋转关节工程研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(3): 270-276.
[7]	韩佳佳, 汪卫华, 浦文婧, 江海燕, 储德林, 史博 . 矩形管道载氚热磁流体输运特性的数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 161-168.
[8]	杨文军, 龚学余, 高翔, 李小娥 . CFETR 上高能量粒子输运初步模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 232-237.
[9]	王震, 何诗英, 黄连生, 陈晓娇, 陈涛, 王振尚. 高功率聚变磁体电源桥臂直通故障分析及仿真[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(1): 12-17.
[10]	姚海峰, 张琼, 杨洋, 常赛赛, 彭城, 张璇琛, 程勇 . 聚变堆遥操作上层协同控制系统设计和测试[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(1): 18-25.
[11]	龚正, 韩松博, 倪小军, 葛剑, 黄建军, 于斌, 高翔, 孙金鑫, . CFETR 真空室结构稳定性的有限元分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(1): 38-42.
[12]	钟云珂, 陈鑫, 朱根良, 杨恩朋, 付猷昆, 蔡立君, 李强 . CFETR 25kW 4.5K 氦制冷机 RAMI 初步分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(1): 55-61.
[13]	陈伯伦, 王鹏, 夏立琼, 童杰, 杨川, 苏春晓, 王峰, 杨家敏. 激光实验诊断集成管控系统中人工智能技术应用[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(s1): 131-136.
[14]	许婉韵, 王才旺, 罗蓉蓉, 黄超, 李鹏远, 许发勇, 邓华林, 陈辉. CFETR 产氚包层与偏滤器部件在热室内维修与退役流程的概念设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(4): 378-382.
[15]	侯炳林, 赖小强, 许婉韵, 魏海鸿. CFETR 磁体支撑初步概念设计 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(4): 399-403.