转化比可调的快中子反应堆堆芯物理基础问题研究

转化比可调快堆是指在不对堆芯设计进行重大改动条件下实现转化比可调的快中子反应堆，这一新思想使得快堆设计可以先于核工业发展要求，满足对核能发展形势的动态响应。现阶段，我国为解决核燃料供给问题主要发展以增殖为目的的高转化(增殖)比快堆，但是随着核能的持续发展，核废料的焚烧同样可以由快堆完成，而以焚烧为目的的快堆转化比较低。为此，研究具有可调转化比的快堆具有重要的意义和应用价值。针对转化比可调快堆，转化比的变化会对堆芯物理过程和物理参数带来显著的影响，而这些影响会直接决定反应堆的安全、可控。因此，本课题拟针对转化比可调快堆，进行转化比变化条件下的堆芯物理过程和物理参数分析研究，从堆芯物理方案和分析方法的建立、物理参数的计算与分析、物理问题的解决方法三个方面开展研究，阐述转化比可调快堆的物理原理，揭示堆芯物理过程和物理参数随转化比变化的机理和规律，为设计转化比可调快堆奠定理论基础，提供参考依据。

转换比可调快堆是指在不对堆芯设计进行重大改动的前提下实现转换比可调的快中子反应堆，这一新思想使得快堆设计可以先于核工业的发展要求，满足对核能形势的动态响应。现阶段，我国为解决核燃料供给问题，主要发展以增殖为目的的高转化比（增殖）快堆。将转换比可调快堆的概念和我国的快堆发展相结合可以很好的解决未来核工业发展对快中子增殖堆的需求以及大规模燃料后处理能力的配套问题。针对快中子反应堆的物理特性，本研究首先研发了适用于快堆堆芯物理计算的SARAX1.0软件包。考虑到增殖比可调快堆的特点，采用具有优异增殖性能的U-Pu-Zr合金作为燃料，压水堆乏燃料作为增殖材料。提出了采用相同的燃料设计，仅通过不同的堆芯布置来实现增殖比从1.1到1.4的堆芯方案。针对不同增殖比下的堆芯方案，分别进行了控制系统的价值评估，平衡循环下的反应性系数计算研究，初步热工计算以及固有安全性评价。研究结果表明绝大多数的物理参数都没有随着增殖比的升高而产生明显的变化，表明在快堆设计时即考虑转换比可调的能力是可实现的。热工计算和安全分析表明本研究所提出的堆芯方案在增殖比允许变化范围内都具有固有安全性。此外，研究提出了具有代表性的，能够实现两种增殖比之间相互转换的燃料管理方案，为转换比调整在操作层面上的实现提供了参考。