聚变堆快-热耦合次临界包层新概念研究

聚变堆次临界包层依靠聚变中子源的驱动而运行在次临界状态下，可以利用普通热堆和快堆不能直接利用的"核废料"，如贫铀，热堆乏燃料，钍等用于发电和增殖核燃料。本项目基于国际上对聚变堆次临界包层的研究现状和课题组长期从事次临界包层设计与关键技术发展的基础，针对次临界包层设计存在的关键问题，提出快-热耦合的次临界包层新概念。在满足包层的功率密度不超过工程限值的前提下利用较易实现的低聚变功率堆芯和压水堆乏燃料及贫铀实现电能的长期稳定输出。利用创新的环向流动、逐级冷却的方式解决高功率密度包层的传热问题，降低冷却剂的驱动功率，提高包层的出口温度，均匀化整个包层的温度分布，有利于包层的结构安全。通过对重要物理过程理论分析、多学科（中子物理学、热工水力学、结构力学等）综合数值模拟研究，完成创新的包层概念设计，给出优化的技术方案和参数范围，以及初步的技术可行性评价，为聚变能的早日利用提供物理基础。

完成聚变驱动次临界发电堆能量循环特性评估，比较水冷、气冷和液态金属冷却聚变系统的能量平衡。结果表明影响发电混合堆净电输出功率的主要约束条件和聚变功率，聚变能量增益，包层能量放大倍数，冷却剂类型有关。.完成了聚变堆驱动次临界包层的中子学分析及优化，包括包层中子学性能、燃耗计算分析、包层材料活化分析等。结果表明在满足包层功率密度限制和安全要求下，次临界包层乏燃料去超铀质量分数为15%，可以使裂变包层达到较高的性能；次临界包层中增加贫铀可提高核废料嬗变和核燃料增殖的能力；该次临界包层能够有效利用乏燃料和贫铀来产生能量，并且不会产生新的核废料。.项目共发表（含收录）科技论文5篇，其中SCI收录1篇，EI收录2篇，国内核心期刊2篇；另外正在向SCI期刊投寄论文1篇；国家发明专利公开2项；参加两次国际会议，并获口头报告两次。.项目研究组中，共有1位博士研究生、1位硕士生的学位课题与该自然基金项目有关，现已有1位博士毕业，1位硕士毕业。.聚变驱动次临界堆在处理核废料，即嬗变长寿命次锕系元素及裂变产物有着与快堆、加速器驱动次临界堆自己独到的优点。本课题可继续研究下去，可重点开展次临界包层对核废料处理进行相关的研究。