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1、2MW 固态堆堆物理静态分析流程一 2MW 固态堆静态分析流程本报告主要针对固体燃料氟盐冷却反应堆（具体针对2MW 堆）的堆中子物理分析的各种目标进行。一初步参数1.应用目标：安全性2.首先确定堆芯的大致结构方案，5 种候选方案3.各材料参数， C材料（密度 1.74g/cm3） ，合金材料（ Hastelloy-N合金）Hastelloy-N化学成分（ wt.%）NiaCr Mo Fe Si Mn C 其 它71 7 16 5* 1* 0.80* 0.08* Co=0.20*,Cu=0.35* W=0.50*,Al+Ti=0.35* 4.燃料方面： 60mm 燃料球（ 30mm 备选） ，不
2、同的 packing因子（12.5%为基准，之后采用清华大学的调研情况） ，不同的燃料富集度（ 5-20% ） ，燃料核芯直径暂定为425um UCB 2008 214 。层燃 料 核心缓冲层致密热解碳涂层SiC层外部热解碳涂层厚度（ um）425 100 35 35 35 密度（g/cm3） 10.5 1.0 1.87 3.2 1.87 Pebble球：混合燃料区的石墨密度1.60，石墨外壳密度1.74 Pebble球中 Triso与基体石墨体积比例看Packing因子5.增殖材料：大小燃料一样，packing因子与燃料一样，使用ThC0.5O1.5。6.冷却盐参数， 99.995% 富集度
3、的7Li 2BeF4，密度为（g/cm3）UCB 2008 214 温度600 655 704 密度1.987 1.960 1.936 7.反射层：石墨（密度1.74g/cm3） 。8.剩余反应性，在这里暂时设定为0.15 （堆芯温度暂时设定为704度） ， （20度时，高温气冷堆为0.128，沸水堆为 0.25，压水堆 0.293，报告中熔盐堆为 0.05）9.各组件温度设定区域材料密度温度燃料核心UC0.5O1.5 10.50 800 石墨缓冲层C 1.00 800 内层热解碳涂层热解碳1.87 800 SiC SiC 3.20 800 外层热解碳涂层热解碳1.87 800 燃料区石墨基体
4、（Matrix of pebble）石墨（直径为 5cm）1.60 750 石墨外壳（ Shell of pebble）石墨（厚度为 0.5cm）1.74 700 冷却剂Li2BeF41.936 704 1.960 655 平均温度1.987 600 结构石墨石墨1.74 650 反射层石墨石墨1.74 600 10. 分析软件， MCNP和 SCALE 二堆芯结构参数（需要参照高温气冷堆设定，然后是先）进高温堆设定，请傅瑶尽快补充下清华10MW 高温气冷堆相关结构参数）1.圆柱形 +上下双圆椎形（圆柱形直径和高度均开始设定为1500mm）（1）圆柱体直径和高度均为1500mm（2）如果有石墨
5、柱，直径为200mm （3）上面倾角为 45 度， 下部倾角为 30 度， 没有石墨柱的开口大小400mm.有石墨柱的开口大小设定为300+200+300=800mm 。（4）后端的开口长度为 500mm （开口大小为 400mm或者 800mm 的部分）（5）最后一个方案的中心结构圆柱体空间直径为360mm，壁厚 20mm，材料为 Hastelloy-N合金三初次计算需要计算物理量1.Keff=1.15（不放控制棒时）时的燃料组合情况（packing 因子为 12.5%，计算需要的富集度），计算出来富集度最好在10%左右，如超过 15%，则更改 packing因子=20%。（packing因
6、子与富集度方面的组合在以后再详细分析）。2.临界是燃料质量的统计情况3.定功率为 2MW。4.在上述情况下，计算中子分布情况，包括中子通量密度的绝对值，中子通量密度分布的不均匀系数。5.计算中子能谱情况。6.统计每种核素、每种物种（如熔盐、燃料）吸收的中子比例（快中子、慢中子） ，整个堆芯的泄漏几率（分快中子与慢中子）。7.堆芯活性区平均功率密度， 最大功率密度， 功率分布的不均匀系数 =最大功率密度/ 平均功率密度；每个燃料球的平均功率，堆芯总体温度分布，冷却剂温度、燃料核心温度、慢化剂温度、合金结构材料温度等。8.计算温度负反应性系数，包括燃料温度系数，冷却剂温度系数（包括温度与密度），慢
7、化剂温度系数。9.控制棒插入后的各方面重新计算。此为后续工作。 （对于强吸收体， 计算时可能需要人工干预 ）10. 控制棒插入反应性与价值分析。11. Xe与 Sm等对于初始反应性的分析。12. 总的燃耗分析。13. 如果有 Th 的增殖层，请说明U233 比例等随时间的变化， Pa233等的影响等。先进行理论分析，后续工作进行详细计算与分析。14. 燃料核心分多层进行燃料核心的分析。 （此为后续工作）四需要优化的目标物理量（循环计算）1.负反应性温度系数 （先按照单个燃料球 +熔盐）进行优化， 优化时请按照步骤有条理进行说明与分析。后续在单个燃料球基础上进行全堆芯的优化。2.中子功率展平优化
8、3.随燃耗变化的上述物理量。五针对需要优化的目标物理量可改变参数（循环计算）1.燃料球的组成等。2.堆总体结构参数。3.控制棒位置与物理设计。4.反射层设计。5.Th-U 分区形状设计。6.运行管理方面的设计。HTR-10相关参数热功率（ MW）10 一回路氦气压（ MPa）3.0 氦气进 /出口温度（）250/700 满功率下一回路氦气流速（kgs-1）4.3 堆芯平均功率密度（ MWm-3）2 功率峰值因子1.54 堆芯区直径（ cm）180 堆芯区高度（ cm）240 活性区体积（ m3）5 活性区等效高度（ cm）197 堆顶空腔高（ cm）41.7 卸料管直径（ cm）50 卸料管长
9、度（ cm）193 ? 底部反射层石墨倾斜角30石墨反射层反射层石墨密度（ gcm-3）反射层石墨杂质总硼当量 （gcm-3）顶部石墨厚度（ cm）侧向石墨平均厚度 （cm）底部反射层厚度（ cm）锥形反射层高（ cm）1.76 8.52 90 77.5 140 37.5 侧反射层控制棒导向槽个数直径（ cm）10 13 碳砖顶含硼碳砖厚度（ cm）底含硼碳砖厚度（ cm）底不含硼碳砖厚度（ cm）侧含硼碳砖等效厚度（ cm）碳砖密度（ gcm-3）含硼碳砖中 B4C的质量分数（ %）40 30 70 22.2 1.59 5 燃料元件形式球形燃料元件通过方式多次通过单个燃料元件平均堆芯内停留时
10、间（EFPD ）1080 燃料元件最大额定功率（ kW）0.57 燃料元件最大温度 （） （正常运行）919 最大燃耗（ MWd t-1）87072 平均燃耗（ MWd t-1）80000 燃料元件直径（ cm）6 堆芯内燃料元件个数27000 燃料球装铀量（ g）235U 富集度（质量分数）（%）燃料区直径（ cm）石墨壳与石墨基体密度（gcm-3）石墨中杂质硼当量（ gcm-3）5.0 17 5 1.73 2.25 石墨球直径（ cm）石墨密度（ gcm-3）石墨中杂质硼当量（ gcm-3）6.0 1.84 0.23 包覆颗粒燃料核心UO2密度（ gcm-3）铀中杂质的硼当量（ gcm-3）核心直径（ cm）10.4 36.66 0.05 包覆层疏松热解碳层密度（ gcm-3）厚度（ cm）内致密热解碳层密度（ gcm-3）厚度（ cm）热解碳化硅密度（ gcm-3）厚度（ cm）外致密热解碳层密度（ gcm-3）厚度（ cm）1.1 0.09 1.9 0.04 3.18 0.035 1.9 0.04 堆芯最大快中子通量（ E1MeV）（n cm2s-1）2.771013堆芯最大热中子通量（ E1.86eV ）（n cm-2s-1）3.431013
