專利名稱:提高乏燃料溶液嬗變堆反應性和嬗變效果的堆芯設計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種核反應堆堆芯設計方法，具體涉及乏燃料溶液嬗變堆的堆芯設計方法。
背景技術：
乏燃料的后處理是困惑世界核電發(fā)展的一個關鍵問題。目前乏燃料后處理的方式有兩種一種是采用“一次通過”的循環(huán)方式；另一種是采取“后處理”的循環(huán)方式?！耙淮瓮ㄟ^”方式即乏燃料經(jīng)過冷卻、包裝后作為廢物送入深地質層處置或長期貯存，其優(yōu)點是費用較低，概念簡單，無高純钚產生，核擴散風險低，但缺點是廢物的放射性和毒性高，延續(xù)時間長達幾百年，沒有工業(yè)運行經(jīng)驗?！昂筇幚怼毖h(huán)方式是對乏燃料中所含的96%的有用核燃料進行分離并回收利用，將裂變產物和次錒系元素固化后進行深地質層處置或進行分離嬗變，這是一種閉路核燃料循環(huán)，其優(yōu)點是提高鈾資源利用率，減少高放廢物處置量并降低其毒性，缺點是費用較高，可產生高純度的钚，有核擴散的風險。
乏燃料溶液嬗變堆 HSTR(Homogeneous Spent fuel Transmutation Reactor)是應用先進乏燃料再循環(huán)技術的一種堆芯理念。HSTR是指將乏燃料中的钚、镎、镅等長壽命錒系核素的氧化物溶于硝酸溶液中，并以此為燃料的反應堆。其目標是焚燒钚以及嬗變镎、镅等錒系核素，并同時生產238Piu242HiAm等同位素。如申請?zhí)枮?00810045716. 8的“用于钚焚燒及镎-237或镅-241嬗變的溶液堆”中國專利，就描述了這樣一種乏燃料溶液嬗變堆，但是沒有描述乏燃料溶液嬗變堆的堆芯設計方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高堆芯反應性，焚燒更多钚和獲得更多嬗變產物的乏燃料溶液嬗變堆的堆芯設計方法。
本發(fā)明的技術方案如下
一種提高乏燃料溶液嬗變堆反應性和嬗變效果的堆芯設計方法，其特征在于所述的設計方法具體如下
(1)根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構造配制堆芯乏燃料溶液；
(2)確定堆芯半徑尺寸、反射層布置材料和厚度、重同位素濃度、重同位素核素配比，計算堆芯在各種堆芯參數(shù)下的臨界性能。
其附加特征在于
所述的堆芯乏燃料溶液由乏燃料中的237Np和Pu的氧化物溶于硝酸溶液中混合溶液組成；237NpA3U的比值為0. 26 0. 52 ；
所述的堆芯半徑尺寸為100cm;反射層為輕水，厚度10cm;堆內燃料溶液高度為200cm ；重同位素濃度為200g/L。
所述的重同位素是作為嬗變對象的次錒系核素Np、Am、Cm和作為燃料的Pu或U。[0013]本發(fā)明的效果在于本發(fā)明提出的提高乏燃料溶液嬗變堆堆芯反應性的設計方法，能夠在提高堆芯反應性的同時，焚燒更多的钚和獲得更多的嬗變產物。


圖1是不同幾何堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨重同位素濃度變化的曲線圖。
圖2是軸向全反射堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨237Np/Pu及重同位素濃度變化的曲線圖。
圖3是200cm高堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨237Np/Pu及重同位素濃度變化的曲線圖。
圖4是實施例1至實施例6堆芯有效增殖系數(shù)Keff隨燃耗變化的曲線圖。
具體實施方式
本發(fā)明的設計方法，具體如下
1.根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構造配制乏燃料溶液。
反應堆乏燃料的成分包括以下幾類
①U (鈾)，占乏燃料總量的95. 6 %，一般進行后處理或燃料循環(huán)；
②Cs (銫)、Sr (鍶)等短壽命核素，占總量的3. 3%，一般經(jīng)過短期貯存即可去除放射性；
③Pu (钚)，占總量的0.9% ；
④Tc (锝)，占總量的0. 1 % ；
⑤MA (次錒系核素)，占總量的0. 1 %。
乏燃料的存放使短壽命核素得到了充分的瓦解，假設后處理充分回收了 U元素，則剩下的成分中Pu約占80%，長壽命的錒系元素和裂變產物各占10%。表1、表2、表3給出了乏燃料中各成分的含量。
表1次量錒系核素成分在乏燃料中的含量
權利要求
1.一種提高乏燃料溶液嬗變堆反應性和嬗變效果的堆芯設計方法，其特征在于所述的設計方法具體如下(1)根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構造配制堆芯乏燃料溶液；(2)確定堆芯半徑尺寸、反射層布置材料和厚度、重同位素濃度、重同位素核素配比，計算堆芯在各種堆芯參數(shù)下的臨界性能。
2.按照權利要求
1所述的堆芯設計方法，其特征在于所述的堆芯乏燃料溶液由乏燃料中的237Np和Pu的氧化物溶于硝酸溶液中混合溶液組成；237Np/Pu的比值為0. 26 0. 52 ；
3.按照權利要求
1或2所述的堆芯設計方法，其特征在于所述的堆芯半徑尺寸為100cm;反射層為輕水，厚度IOcm;堆內燃料溶液高度為200cm ；重同位素濃度為10g/L 200g/L ；熱態(tài)溫度為80°C 180°C。
4.按照權利要求
3所述的堆芯設計方法，其特征在于所述的重同位素是作為嬗變對象的次錒系核素Np、Am、Cm和作為燃料的Pu或U。
專利摘要
本發(fā)明公開一種可提高乏燃料溶液嬗變堆反應性和嬗變效果的堆芯設計方法。該方法根據(jù)乏燃料中钚同位素及次錒系核素的成分比例，構造配制堆芯乏燃料溶液；確定堆芯半徑尺寸、反射層布置材料和厚度、重同位素濃度、重同位素核素配比，計算堆芯在各種堆芯參數(shù)下的臨界性能。選取100cm為堆芯半徑尺寸；溶液高度200cm，并在堆芯徑向采用厚度10cm的輕水作為反射層；選取重同位素濃度200g/L；237Np/Pu的比值為0.26～0.52，選擇輕水作為堆芯的慢化劑。本發(fā)明的方法可提高堆芯反應性，有利于焚燒更多的钚和獲得更多的嬗變產物。
文檔編號G21C21/02GKCN102376376SQ201010263541
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月26日
發(fā)明者于穎銳, 吳英華, 李慶, 汪量子, 王連杰 申請人:中國核動力研究設計院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan