加速器驱动次临界系统
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加速器驱动次临界系统束流瞬态分析模型的开发陈钊;崔大伟;石秀安【摘要】加速器驱动次临界系统利用散裂反应产生外源中子驱动次临界堆运行,具有次临界固有安全性,同时具备能谱硬、嬗变能力强等特点,被国际公认为核废料处理的最有效手段.ADS系统中外中子源由质子束流轰击散裂靶产生,束流的瞬态变化将直接引起次临界堆堆芯功率的波动,从而影响整个ADS系统的安全运行.本文在调研分析国际现有的ADS束流瞬态分析模型的基础上,提出一种新型的ADS束流瞬态分析模型.基于通用CFD程序FLUENT,通过用户自定义功能(UDF)将中子动力学模型(PKM)和燃料棒瞬态热分析模型(PTM)集成进入FLUENT软件中,完成FLUENT-ADS束流瞬态分析模型开发.采用OECD/NEA发布的ADS失束事故国际基准例题进行模型验证,关键校验参数与发布结果吻合较好,最大计算误差为5.2%,与国际同类功能的计算程序相当,模型具有一定的可信度,可满足ADS束流瞬态特性初步分析研究要求.【期刊名称】《核安全》【年(卷),期】2018(017)004【总页数】8页(P51-58)【关键词】ADS;束流瞬态;模型开发【作者】陈钊;崔大伟;石秀安【作者单位】中广核研究院有限公司,深圳518026;中广核研究院有限公司,深圳518026;中广核研究院有限公司,深圳518026【正文语种】中文【中图分类】TL99加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System, 简称ADS)利用散裂反应产生外源中子驱动次临界堆运行,具有次临界固有安全性,同时具备能谱硬、嬗变能力强等特点,是国际公认的核废料处理最有效手段之一[1,2]。
ADS系统的外源中子由质子束流轰击散裂靶产生,束流的瞬态变化将直接引起次临界堆堆芯功率的波动,从而影响整个ADS系统的安全运行[3]。
因此,开展ADS束流瞬态特性的模型分析研究对发展ADS技术,尤其是开展安全分析和安全审评工作具有重要意义。
加速器驱动的次临界系统的燃耗分析计算和堆芯优化设计王育威;杨永伟;崔鹏飞【摘要】The premise of the accelerator driven sub-critical system (ADS) in the accident is still subcritical, the biggest keff change with burn time is less than 1.5 % and the cladding material, HT9 steel, can withstand the maximum radiation damage, core fuel area is divided into fuel transmutation area and fuel multiplication area, and fuel transmutation area maintains the same fuel composition in the whole process. Through the analysis of the composition of the fuel, shape of core layout and the power distribution,etc. , supposed outer and inner Pu enrichment ratio range of 1.0-1.5, then the fuel components of fuel multiplication area was adjusted. Time evolution of keff was calculated by COUPLED2 which coupled with MCNP and ORIGEN. At the same time the power peaking factors, minoractinides transmutation rate desired to maximization and burnup were considered. A sub-critical system fitting for engineering practice was established.%以加速器驱动的次临界系统(ADS)在事故情况下仍处于次临界、keff随燃耗时间变化的最大范围不超过1.5%和包壳材料HT9钢可承受的最大辐照损伤的前提下,将堆芯燃料区分为嬗变区和增殖区,并将整个过程保持嬗变区的燃料成分不变.通过对ADS燃料的组成成分、堆芯布置和堆芯功率分布等方面的研究,在Pu的外层富集度与内层富集度之比为1.0~1.5范围内,调整增殖区的燃料成分,并利用MCNP和ORIGEN耦合的COUPLED2程序计算keff随燃耗时间的变化.同时,综合考虑功率展平、次锕系核素的嬗变率和燃耗深度等因素,建立1套符合工程实际的次临界系统.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2011(045)006【总页数】5页(P700-704)【关键词】keff;嬗变;燃耗【作者】王育威;杨永伟;崔鹏飞【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TL329随着核电事业的快速发展,乏燃料的后处理成为核能领域备受关注的话题。
中国加速器驱动次临界系统主加速器初步物理设计闫芳,李智慧,唐靖宇(中国科学院高能物理研究所,北京100049)摘要:中国加速器驱动次临界系统(C-ADS)计划采用一个平均流强为10mA的连续波质子加速器作为次临界堆的驱动器,驱动加速器的束流功率为15MW,最终能量1.5GeV,其中主加速器是驱动加速器的一个重要部分,完成束流能量从10MeV到1.5GeV的加速,所有加速腔均采用超导结构。
为了避免频繁束流中断对反应堆的损坏,设计要求驱动加速器在运行过程中束流可以中断的次数非常有限,因此加速器在设计过程植入了容错机制,尝试了各种可能的方法以最大程度地满足C-ADS加速器的高可靠性和稳定性的要求。
介绍了C—ADS主加速器的基本设计:总长度306.4 m,束流的归一化RMS发射度增长控制在5%以内。
总结了各个重要参数选择过程中的考虑以及整个加速段多粒子跟踪模拟的束流动力学结果。
关键词:中国加速器驱动次临界系统;连续波;质子;超导直线加速器;容错机制;束流动力学中国加速器驱动的次临界系统(C-ADS)计划是解决核废料和核燃料问题的一个重要的战略研究。
一个1.5GeV电子直线加速器计划建成作为C-ADS的驱动程序加速器。
它包括两个主要部分:注射器和主加速器的主要部分。
高能物理所(IHEP)和近代物理研究所(IMP)合作,在20年内构建驱动程序加速器。
IMP负责注射器2,它基于162.5兆赫的射频四极(RFQ)和超导半波谐振器(HWR)的空腔,高能所负责的是基于325 MHz RFQ和轮辐腔的主直线加速器和注射器1。
这两个注射器将被独立设计和建造。
最后只有一个计划将被选择并且两个相同的注射器将作为彼此的热待机备用。
主直线加速器的设计将根据喷射器的选择进行调节。
虽然目前的主加速器的设计是基于注射器I框架,设计原则和方案是根据同时两个注射器的条件考虑。
1、设计原则在大电流的射频(RF)线性加速器的现有设计中,聚束粒子束不处于热平衡[1]。
快堆及加速器驱动次临界系统与核能可持续发展赵志祥中国原子能科学研究院实现核裂变能的可持续发展必须解决两个问题:一是提高铀资源的利用率;二是安全处置核电运行过程中产生的高放废物,实现核废物最少化。
解决上述两个问题的关键是实现以核燃料的增殖和分离-嬗变技术为核心的铀、钚、次錒系元素多次循环。
为此,大陆正在积极开发快中子增殖堆(FBR)技术和加速器驱动次临界系统(ADS)技术。
快堆技术按照三步走的战略发展,即2009年前建成热功率为65MW、电功率为20MW的中国实验快堆CEFR,2020年前建成电功率为800MW的示范快堆,2030年左右建成大型高增殖商用快堆并进行推广。
目前正在建设之中的CEFR于1992年完成了概念设计,1997年完成初步设计,2005年完成施工设计,2005年5月正式开工建设,2002年8月实现主厂房封顶。
预计于2009年实现首次达临界,2010年并网发电。
ADS系统由于其中子能谱比较硬,堆内中子余额较多,安全性比较好,嬗变能力很强,是理想的长寿命放射性废物的焚烧炉。
ADS系统的开发涉及强流质子加速器、高功率靶,非均匀、有外源的次临界包层多个领域的前沿技术。
大陆于1994起开展了ADS的概念及物理可行性研究。
2000年到2005年间,在国家973计划的支持下开展了ADS的物理及技术基础研究。
2007年,继续得到了国家973计划的支持,将在ADS物理热工技术、次临界中子学、ADS专用数据库完善和检验、束流损失控制关键技术、ADS器—堆耦合部件和干法后处理等方面开展研究,目标是突破ADS关键技术,为建设ADS技术集成装置打好基础。
在五年研究的基础上,将建设原理验证装置启明星二号。
赵志祥,1950出生,中国原子能科学研究院院长,研究员,博士生导师。
兼任中国核数据委员会主任、国际核数据委员会委员、《原子能科学技术》主编。
Zhao ZhixiangPresidentChina Institute of Atomic Energy。