專利名稱:提高乏燃料溶液嬗變堆反應(yīng)性和嬗變效果的堆芯設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計(jì)方法，具體涉及乏燃料溶液嬗變堆的堆芯設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
乏燃料的后處理是困惑世界核電發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題。目前乏燃料后處理的方式有兩種一種是采用“一次通過”的循環(huán)方式；另一種是采取“后處理”的循環(huán)方式。“一次通過”方式即乏燃料經(jīng)過冷卻、包裝后作為廢物送入深地質(zhì)層處置或長期貯存，其優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用較低，概念簡(jiǎn)單，無高純钚產(chǎn)生，核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)低，但缺點(diǎn)是廢物的放射性和毒性高，延續(xù)時(shí)間長達(dá)幾百年，沒有工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。“后處理”循環(huán)方式是對(duì)乏燃料中所含的96%的有用核燃料進(jìn)行分離并回收利用，將裂變產(chǎn)物和次錒系元素固化后進(jìn)行深地質(zhì)層處置或進(jìn)行分離嬗變，這是一種閉路核燃料循環(huán)，其優(yōu)點(diǎn)是提高鈾資源利用率，減少高放廢物處置量并降低其毒性，缺點(diǎn)是費(fèi)用較高，可產(chǎn)生高純度的钚，有核擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
乏燃料溶液嬗變堆 HSTR(Homogeneous Spent fuel Transmutation Reactor)是應(yīng)用先進(jìn)乏燃料再循環(huán)技術(shù)的一種堆芯理念。HSTR是指將乏燃料中的钚、镎、镅等長壽命錒系核素的氧化物溶于硝酸溶液中，并以此為燃料的反應(yīng)堆。其目標(biāo)是焚燒钚以及嬗變镎、镅等錒系核素，并同時(shí)生產(chǎn)238Piu242HiAm等同位素。如申請(qǐng)?zhí)枮?00810045716. 8的“用于钚焚燒及镎-237或镅-241嬗變的溶液堆”中國專利，就描述了這樣一種乏燃料溶液嬗變堆，但是沒有描述乏燃料溶液嬗變堆的堆芯設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高堆芯反應(yīng)性，焚燒更多钚和獲得更多嬗變產(chǎn)物的乏燃料溶液嬗變堆的堆芯設(shè)計(jì)方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種提高乏燃料溶液嬗變堆反應(yīng)性和嬗變效果的堆芯設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的設(shè)計(jì)方法具體如下
(1)根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構(gòu)造配制堆芯乏燃料溶液；
(2)確定堆芯半徑尺寸、反射層布置材料和厚度、重同位素濃度、重同位素核素配比，計(jì)算堆芯在各種堆芯參數(shù)下的臨界性能。
其附加特征在于
所述的堆芯乏燃料溶液由乏燃料中的237Np和Pu的氧化物溶于硝酸溶液中混合溶液組成；237NpA3U的比值為0. 26 0. 52 ；
所述的堆芯半徑尺寸為100cm;反射層為輕水，厚度10cm;堆內(nèi)燃料溶液高度為200cm ；重同位素濃度為200g/L。
所述的重同位素是作為嬗變對(duì)象的次錒系核素Np、Am、Cm和作為燃料的Pu或U。[0013]本發(fā)明的效果在于本發(fā)明提出的提高乏燃料溶液嬗變堆堆芯反應(yīng)性的設(shè)計(jì)方法，能夠在提高堆芯反應(yīng)性的同時(shí)，焚燒更多的钚和獲得更多的嬗變產(chǎn)物。


圖1是不同幾何堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨重同位素濃度變化的曲線圖。
圖2是軸向全反射堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨237Np/Pu及重同位素濃度變化的曲線圖。
圖3是200cm高堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨237Np/Pu及重同位素濃度變化的曲線圖。
圖4是實(shí)施例1至實(shí)施例6堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨燃耗變化的曲線圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法，具體如下
1.根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構(gòu)造配制乏燃料溶液。
反應(yīng)堆乏燃料的成分包括以下幾類
①U (鈾)，占乏燃料總量的95. 6 %，一般進(jìn)行后處理或燃料循環(huán)；
②Cs (銫)、Sr (鍶)等短壽命核素，占總量的3. 3%，一般經(jīng)過短期貯存即可去除放射性；
③Pu (钚)，占總量的0.9% ；
④Tc (锝)，占總量的0. 1 % ；
⑤MA (次錒系核素)，占總量的0. 1 %。
乏燃料的存放使短壽命核素得到了充分的瓦解，假設(shè)后處理充分回收了 U元素，則剩下的成分中Pu約占80%，長壽命的錒系元素和裂變產(chǎn)物各占10%。表1、表2、表3給出了乏燃料中各成分的含量。
表1次量錒系核素成分在乏燃料中的含量
權(quán)利要求
1.一種提高乏燃料溶液嬗變堆反應(yīng)性和嬗變效果的堆芯設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的設(shè)計(jì)方法具體如下(1)根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構(gòu)造配制堆芯乏燃料溶液；(2)確定堆芯半徑尺寸、反射層布置材料和厚度、重同位素濃度、重同位素核素配比，計(jì)算堆芯在各種堆芯參數(shù)下的臨界性能。
2.按照權(quán)利要求
1所述的堆芯設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的堆芯乏燃料溶液由乏燃料中的237Np和Pu的氧化物溶于硝酸溶液中混合溶液組成；237Np/Pu的比值為0. 26 0. 52 ；
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的堆芯設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的堆芯半徑尺寸為100cm;反射層為輕水，厚度IOcm;堆內(nèi)燃料溶液高度為200cm ；重同位素濃度為10g/L 200g/L ；熱態(tài)溫度為80°C 180°C。
4.按照權(quán)利要求
3所述的堆芯設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的重同位素是作為嬗變對(duì)象的次錒系核素Np、Am、Cm和作為燃料的Pu或U。
專利摘要
本發(fā)明公開一種可提高乏燃料溶液嬗變堆反應(yīng)性和嬗變效果的堆芯設(shè)計(jì)方法。該方法根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構(gòu)造配制堆芯乏燃料溶液；確定堆芯半徑尺寸、反射層布置材料和厚度、重同位素濃度、重同位素核素配比，計(jì)算堆芯在各種堆芯參數(shù)下的臨界性能。選取100cm為堆芯半徑尺寸；溶液高度200cm，并在堆芯徑向采用厚度10cm的輕水作為反射層；選取重同位素濃度200g/L；237Np/Pu的比值為0.26～0.52，選擇輕水作為堆芯的慢化劑。本發(fā)明的方法可提高堆芯反應(yīng)性，有利于焚燒更多的钚和獲得更多的嬗變產(chǎn)物。
文檔編號(hào)G21C21/02GKCN102376376SQ201010263541
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月26日
發(fā)明者于穎銳, 吳英華, 李慶, 汪量子, 王連杰 申請(qǐng)人:中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan