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1、目前我國(guó)是世界核電發(fā)展大國(guó),核電裝機(jī)量大,勢(shì)必會(huì)積存大量的乏燃料,這種商用裂變核能中產(chǎn)生的乏燃料中次錒系核素(MA)半衰期長(zhǎng)、放射性毒性強(qiáng)。這些核廢料如果不能得到最終的處置,就會(huì)對(duì)人類的生存環(huán)境造成潛在的、長(zhǎng)期的危害。因此,我國(guó)核能裂變可持續(xù)發(fā)展提出需要發(fā)展核燃料循環(huán)和廢物處理處置技術(shù),實(shí)現(xiàn)核廢物最少化;以及發(fā)展先進(jìn)核能系統(tǒng),提高燃料利用率,實(shí)現(xiàn)MA的嬗變。
近年提出在輕水堆中采用惰性基質(zhì)燃料(IMF)不僅能有效地從源頭上降低
2、乏燃料中MA含量,還能對(duì)MA進(jìn)行嬗變。為了研究IMF的燃耗特性,選取PuO2+ZrO2+MgO和PuO2+ThO2兩種典型IMF燃料方案,開(kāi)展了以下研究:(1)不同PuO2體積分?jǐn)?shù)下IMF燃耗反應(yīng)性計(jì)算,與UO2燃料以及MOX燃料進(jìn)行比較分析。(2)通過(guò)MA在IMF燃料元件中均勻加載和中心加載兩種方式,開(kāi)展IMF燃料元件嬗變MA研究。(3)在研究IMF嬗變MA燃料元件的基礎(chǔ)上,計(jì)算分析了CONFU組件排布方式和中心對(duì)稱組件排布方式時(shí)IM
3、F組件燃耗特性。
以上研究結(jié)果表明:
(1)在總?cè)己臅r(shí)間為1040天情況下,兩種IMF燃料方案中PuO2體積分?jǐn)?shù)為2%~10%時(shí)其壽期末kinf均大于1,但PuO2+ZrO2+MgO方案的燃耗反應(yīng)性波動(dòng)大于PuO2+ThO2方案,PuO2+ThO2方案燃料壽期末MA的含量明顯小與前者;在同一等效重金屬質(zhì)量百分比下MOX、UO2燃料壽期末MA的含量均大于兩種IMF燃料。
?。?)對(duì)均勻加載MA時(shí)IMF嬗變MA燃
4、料元件進(jìn)行燃耗反應(yīng)性計(jì)算,雖然壽期末MA產(chǎn)量呈增大的趨勢(shì),但隨著添加的MA體積分?jǐn)?shù)的增大,同等PuO2體積分?jǐn)?shù)時(shí)的壽期末MA產(chǎn)量是減小的,且其TRU的銷毀率非??捎^。中心加載MA時(shí),借鑒快中子嬗變MA的原理,在現(xiàn)有PWR元件中設(shè)計(jì)建立局部高通量快中子源區(qū)(FNZ)對(duì)MA進(jìn)行燃耗反應(yīng)性計(jì)算。發(fā)現(xiàn)FNZ元件中心區(qū)域有高通量的中子,將MA添入后其凈嬗變率高達(dá)80%。
(3)根據(jù)IMF均勻加載MA嬗變組件計(jì)算和中心加載MA嬗變組件計(jì)算
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