王 昌 肖 豪 刘紫静 常皓彤 王维嘉 赵鹏程

1（南华大学 核科学技术学院 衡阳 421001）

2（南华大学 湖南省数字化反应堆工程技术研究中心 衡阳 421001）

得益于铅铋材料良好的中子学特性、优异的载热性能、突出的γ屏蔽与放射性产物包容能力，铅铋反应堆可实现超长换料周期、常压安全运行、简化系统设计［1］；但由于快谱条件下燃料裂变截面较小，铅铋反应堆临界通常需要装载数吨燃料，加之铅铋反应堆通常采用大棒径和疏松栅格设计来限制冷却剂流速以减轻铅铋腐蚀，使得现有铅铋反应堆质量偏重、体积偏大［2-4］；开展铅铋反应堆小型化及轻量化设计研究，可提高反应堆装置的经济性、机动灵活性和运输便捷性，以提供稳定、可靠和隐蔽的移动式伴随能源保障。

目前，国内外提出了多种铅铋反应堆燃料组件设计方案：2013 年，欧盟铅冷示范快堆（Advanced Lead Fast Reactor European Demonstrator，ALFRED）［5］采用中空的环形燃料组件设计，能够有效降低燃料芯块中心温度，容纳中子辐照及释热引起的燃料芯块膨胀，减轻芯块-包壳的机械相互作用；2017 年，韩国基于小型长寿命铅铋快堆（Ubiquitous，Robust，Accident-forgiving，Nonproliferating and Ultra-lasting Sustainer，URANUS）提出了改进的反转堆芯方案［6］，采用蜂窝煤型燃料组件代替棒束型燃料组件，能够有效改善反应性系数，减小堆芯尺寸；2018 年，欧盟提出用于偏远地区热-电联供的小型铅冷快堆（SwEdish Advanced LEad Reactor，SEALER）［7］，采用棒束型燃料组件设计，换料周期达30 a，降低了燃料成本与核扩散风险；2019年，西安交通大学提出小型可运输长寿命铅铋冷却快 堆（Small Transportable Long-life Lead-bismuth Cooled Fast Reactor，STLFR）［8］，研究发现采用蜂窝煤型内冷式燃料组件设计方案，可提高堆芯燃料转换比并减小反应堆体积。……