杨 昆 陈金根 蔡翔舟



基于中子平衡研究增殖燃料实现CANDLE模式的最优配置

杨 昆1,2陈金根1蔡翔舟1

1（中国科学院上海应用物理研究所 嘉定园区 上海 201800）2（中国科学院大学 北京 100049）

寿期内中子通量、核素浓度和功率分布的轴向形状均保持恒定(Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy produced, CANDLE)是实现原位增殖-焚烧(Breed-and-Burn, B&B)模式的一种燃耗策略。CANDLE堆经易裂变燃料或外中子源进行点火，启动后由增殖燃料的燃烧实现自稳运行。若要CANDLE堆自稳运行于eff=1，必须对堆芯几何及燃料体积分数进行配置优化。最优配置方案可通过蒙特卡罗方法模拟CANDLE堆芯，根据有效增殖因子筛选得出。但该方法需耗费大量的计算时间，若采用1D模型近似模拟，并结合中子平衡方法进行分析，便可大幅节约计算时间，获得具有指导性意义的结果。本文将论证该方法的可行性，并应用该方法估算钠冷贫铀CANDLE堆半径在100‒400 cm、燃料体积分数在35%‒60%变化时的最优配置。

CANDLE堆，中子平衡方法，最优配置，蒙特卡罗方法

原位增殖-焚烧(Breed-and-Burn, B&B)反应堆的研究始于20世纪50年代。1958年，Feinberg[1]提出了以天然铀和贫铀为核燃料的B&B概念反应堆，该堆实现了低富集核燃料的长期焚烧。1988年，Feoktistov[2]证明了U-Pu无限介质中存在增殖-燃烧波的可能性。1996年，Teller等[3]描述了堆芯内增殖-燃烧波沿轴向缓慢传播的过程。2000年，Dam等[4]利用数学分析方法研究了行波堆的增殖-燃烧特性，从理论上提供了行波存在的证据。2001年，Sekimoto等[5‒7]在研究铅铋冷却金属燃料快堆时，提出了CANDLE (Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy produced)燃耗策略，该策略可实现燃烧区沿轴向方向匀速移动，似于蜡烛的燃烧过程。……