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加速器驱动次临界快堆

加速器驱动次临界快堆(ADSFR),进行嬗变来自于PWR(U)乏燃料中次锕系元素的研究。在堆芯内,燃料为NpAmCm的氧化物,选取液态钠为冷却剂。利用下列程序对所选方案进行物理计算和分析:LAHET模拟质子与靶核的相互作用;MCNP4A模拟次临界包层内20MeV以下的中子与材料核的相互作用;ORIGEN2利用MCNP4A的输出提供的一群等效截面对堆芯进行燃耗计算。计算分析的结果表明:考虑临界安全、功率密度和燃耗等因素,利用所选方案进行次锕系元素嬗变是可行的。

加速器驱动次临界快堆基本信息

加速器驱动次临界快堆发展

在1975年之前,全球已制定了核燃料循环连贯性的计划。首先是通过化学处理过程将铀矿中的铀提取出来,再将天然铀中的可裂变同位素235U富集,然后在发电的反应堆中燃烧235U,最后后处理乏燃料,回收残留的235U和239Pu以重新利用。1座快中子反应堆产生的钚燃料的数量比其燃烧的铀燃料的数量多,这样就成为1座增殖堆。而且快中子反应堆中其它的超铀元素也可用于燃烧,发生裂变反应。裂变产物堆积下来作为废物进行处置,所有这些裂变产物的半衰期都不超过30年。快中子反应堆最好用液体钠冷却。有了这一连续性的计划,可以预见,所有铀中的能量都可以释放出来,而不仅仅是235U。在美国1979年预算中,美国能源和开发行政部门拨款4.74亿美元用于发展增殖堆,其中三分之一用于研究和开发,绝大部分用于民用R&D项目。

在 20世纪70年代初期,费米的梦想呈现波折。当时已意识到数量达吨级的经化学分离的钚可能被盗用,或者转为他用,也可能将相当数量的可裂变材料用来制造原子弹。已有一些武器级的可裂变材料掌握在一个小的流氓国家手中,或者被恐怖组织所控制,这是不能接受的,而且将成为一个恶梦。因此由福特基金会赞助了一笔资金开展了一项研究,随后于1979年4月7日这天美国卡特总统决定将美国后处理乏燃料的计划作废,放慢了开发增殖堆的步伐。其它的国家并不步美国之后尘,依然继续后处理乏燃料,并在关于后处理的危险性的问题上意见相左。这里我认为在下半个世纪未来核电产生的乏燃料没有必要后处理。化石燃料的供应更为丰富,价格比预计的要便宜,铀矿的供应也较充足,实验增殖堆的成本比预期的要高得多。我的这种观点可能与其他人的看法大相径庭。后处理可能是一件值得去做的事情,但可能是因为燃料资源以外的其它原因。

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加速器驱动次临界快堆造价信息

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加速器驱动次临界快堆常见问题

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加速器驱动次临界快堆文献

超临界水冷快堆给水控制系统改进研究 超临界水冷快堆给水控制系统改进研究

超临界水冷快堆给水控制系统改进研究

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超临界水冷快堆是一次直接循环系统。所有的冷却剂在冷却剂泵的驱动下在堆芯被加热后进入汽轮机做功。主蒸汽温度对功率与流量的比值非常敏感。为了抑制主蒸汽的温度变化,本研究中通过增加反馈模块以改进主给水的控制系统。本文采用了三种改进方案,第一种方案中保持功率与给水流量的比值不变,第二种堆芯功率必须随设定值变化,第三种中给水流量随着功率的增加而增加,然后通过计算分析确定控制参数,最后通过功率变化时的运行工况下的对比分析,确定较优的改进方案。

兼作通用RF开关驱动器的差分驱动器 兼作通用RF开关驱动器的差分驱动器

兼作通用RF开关驱动器的差分驱动器

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兼作通用RF开关驱动器的差分驱动器

ADS加速器驱动次临界洁净核能系统功能

ADS概念是上个世纪90年代提出的,它的出现使多年的努力可变为现实。它主要致力于:

(1)充分利用可裂变的核资源,使铀-238高效转化为易裂变钚-239核,或开发利用钍资源。

(2)在ADS的不同中子能量场中,可嬗变危害环境的长寿命核废物(次量锕系核素及某些裂变产物)为短寿命的核废物,以降低放射性废物的储量及其毒性;而ADS本身在产能过程中,产生的核废物却很少,基本上是一种清洁的核能。

(3)提高公众对核能的接受程度,因为ADS是一个次临界系统,可得到根本上杜绝核临界事故的可能性。因此,该思想在二十世纪九十年代一经提出就受到核能界的极大兴趣,因为ADS所用的加速器不需要太高的能量和太强的离子流,而所用的反应堆又是次临界,因此,ADS已经被世界科学界公认为它是解决大量放射性废物、降低深埋储藏风险的最具潜力的工具,而在技术上,也是没有不可克服的困难。

我国1995年在中国核工业总公司科技局的支持下,成立了ADS概念研究组,开展以ADS系统物理可行性和次临界堆芯物理特性为重点的研究工作。这项工作后来得到国家自然科学基金委员会和中国科学院基础局的支持,取得了许多方面的研究成果,研究人员由原来的中国原子能科学研究院扩大到高能物理研究所、北京大学。1999年ADS项目在国家自然科学基金委员会的支持下成为国家重大基础研究项目973项目之一,项目名称为"加速器驱动洁净核能系统的物理技术基础研究",项目编号为G1999022600,首席科学家为丁大钊,现任首席科学家为原子能院院长赵志祥研究员,研究人员扩大到清华大学、西南物理研究院、西安交通大学、南华大学等单位。项目下设五个课题,研究工作涉及到强流加速器物理、次临界堆物理、散裂靶物理、核数据、核热工和材料、核化学分离和嬗变等领域。

ADS启明星1#次临界实验平台就是在外源驱动下,开展研究次临界反应堆物理特性,由中国原子能科学研究院自行设计、加工、安装的国内外第一个ADS次临界反应堆实验平台。

ADS启明星1#次临界实验平台的主要任务是:外推实验,确定次临界度;研究ADS次临界系统有效增殖因子Keff实时测量和监督的方法;宏观检验相关核数据和校核中子学计算程序;开展ADS次临界系统中子学研究(外中子源对次临界反应堆的影响);开展长寿命核素嬗变实验和研究等。为此,要求其结构尺寸准确,材料参数可靠;结构合理,操作方便,安全可靠;次临界装置边界清楚,除束中子源外杜绝散射中子进入;装置水平高度可调;次临界反应堆有效增殖系数在 0.95-0.98之间可调。

因此,该实验平台不需要控制棒,且在外源强度为109n/s作用下,功率只有1瓦以下,也不需要功率保护、周期测量和保护等装置(将来的加速器加速的质子所产生的散裂中子源强可达到~1018n/s,因此工程性的ADS功率可达到几十万千瓦量级)。

ADS启明星1#次临界实验平台的活性区由快区和热区组成,快区采用天然金属铀元件,共264根元件插在铝格架内,热区采用UO2低浓铀元件,元件数根据实验确定为2046根,插在聚乙烯内组成,此时的keff为0.97-0.98(待验证)。其反射层为聚乙烯,在活性区外面,厚度大于150 mm,在反射层的侧面装有中子探测器导管,用于放置中子探测器。屏蔽层区材料为含硼聚乙烯,在反射层外面,厚180mm,外型为圆形。它的外面用4mm的不锈钢作外壳。 靶区在活性区的中心,放置中子源。

ADS启明星1#次临界实验平台现已经开展的研究有:实验外推临界值;快区热中子通量的径向和轴向分布测量;快区燃料元件与热区边沿燃料元件的关系测量;"在线"测量次临界系统对外中子源的"瞬时响应"等。

ADS启明星1#次临界实验平台的建立,已经在国际上受到了较大的关注,几个国家都表示要进行研究合作,它必将对国内外的ADS研究做出贡献。

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中国实验快堆工程工程进度

该实验堆热功率65MW,试验发电功率20MW,共分15个子项、219个系统。1995年底由有关部门批准立项,自1998年10月开始负挖,2000年5月30日浇灌第一罐混凝土,2000年7月18日,国家主席江泽民与俄罗斯总统普京出席《中俄两国政府关于在中国建造和运行快中子实验堆的合作协议》的签字仪式,将中俄两国的快堆技术合作推到国家一级的新高度。2002年8月核岛主厂房封顶,2005年8月11日堆容器首批大型部件吊入反应堆大厅安装。

2010年7月21日上午9时50分,由中国原子能科学研究院自主研发的中国第一座快中子反应堆——中国实验快堆(CEFR)达到首次临界。这是我国核电领域的重大自主创新成果,意味着我国第四代先进核能系统技术实现了重大突破。由此,我国成为世界上少数几个掌握快堆技术的国家之一。

2011年7月21日上午10时,中核集团公司总经理孙勤宣布“中国实验快堆成功实现首次并网发电”,现场顿时掌声雷动,共同庆祝我国首座快堆成功实现并网发电。中国核能行业协会理事长、快堆研究中心学术委员会副主任张华祝,国防科工局系统二司司长王敏正,科技部高新技术发展及产业化司副司长张志宏,国务院国有资产管理委员会规划发展局副局长刘玉岐,国家核安全局副巡视员鞠丽,中核集团公司副总经理杨长利、总工程师雷增光、副总工程师田佳树以及国家外国专家局、财政部、国家能源局、福建省核电办公室、北京市电力公司、北京电力建设公司、房山供电公司和原子能院的领导共同见证了这一激动人心的时刻。

2012年11月,国家863计划重大项目——中国实验快堆工程近日顺利通过科技部组织的专家验收。专家认为,实验快堆的建成,标志着我国核能发展“压水堆——快堆——聚变堆”三步走发展战略中的关键第二步取得重大突破,也标志着我国在四代核电技术研发方面进入国际先进行列。

快堆具有铀资源利用率高、嬗变核废料和安全性高的特点,是世界上第四代先进核能系统的首选堆型,代表了第四代核能系统的发展方向。中国实验快堆热设计功率65兆瓦,电功率20兆瓦,是世界上为数不多的大功率、具备发电功能的实验快堆,其主要系统设置和参数选择与大型快堆电站相同。

工程总建筑面积43500平方米,包括核岛厂房,核岛专用厂房,汽轮发电机厂房(包括连廊),其中核岛厂房建筑面积36000平方米,地下一层,地上十层,东西长64米,南北宽79.65米,3米厚的筏板坐落于砂卵石层上,筏板底标高为-7.7米,反应堆大厅顶盖采用圆形砼拱顶,顶标高为57米。整个厂房均为现浇砼结构,其筏板砼总量14600平方米,钢筋2800吨。围绕建设中国实验快堆的目标,中国原子能科学研究院在"七五"、"八五"开展了多项课题研究,并于"八五"开始工程设计。由于这是国内首次自主研究、设计、建造和管理,与国内在建的核电工程相比,技术更复杂,管理难度更大。

在试验快堆建设过程中,以钠为冷却剂,首次将非能动余热导出系统应用于快堆,这在国际上也是首次。该系统的设计原理是依靠自然对流和自然循环导出余热,不用阀门和泵,除打开空气冷却器风门为主动动作外,其余全部采用非能动原理。该系统可以保证在全厂断电、地震和失水三种最严重的事故状态下,将堆芯余热导,从而保证反应堆的安全。 2100433B

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动力堆乏燃料后处理技术中国实验快堆大事记

在国际上核燃料这个工业里面,我国是极少数几个能够形成核燃料循环的国家之一,因此来说对整个在技术水平科技水平我国将既有话语权,甚至还能起到一定的引导作用。此前法国、英国、俄罗斯、日本、印度等国掌握动力堆乏燃料后处理技术,我国进而成为世界上第8个拥有快堆技术的国家。1986年863计划实施,开始“快中子增殖堆”课题预研

1995年12月中国实验快堆工程立项

1997年8月中国实验快堆被列为863计划重大项目

2000年5月核岛浇灌第一罐混凝土

2002年8月核岛厂房封顶

2005年8月堆本体安装开始

2007年6月堆内构件安装完成

2007年7月主控室交调

2007年12月完成模拟组件安装

2008年12月全厂安装完成,综合冷调开始

2009年3月堆本体气密性试验完成

2009年4月冷态调试结束,热态调试开始

2009年8月热态调试结束,具备首次装料条件

2010年6月首次装料

2010年7月首次临界

我国科学家近日在核研究上取得了重大技术突破,实现了核动力堆中燃烧后的核燃料铀钚材料回收,而如果能够将钚材料在动力堆上实现循环利用,意味着在我国现有核电规模下,我国已经探明的铀资源从大约只能使用50到70年变成了足够用上3000年。

这项技术的专业名称叫“动力堆乏燃料后处理技术”,专家介绍称核电站发电是通过核燃料在核反应堆中发生裂变反应放出能量,和火力发电站要不断加煤一样,当核燃料维持不了一定的功率的时候也需要更换,这些被换下来的核燃料组件就叫做乏燃料,通俗的说,乏燃料类似于火力发电站中的“煤渣”,但是它又绝对不是煤渣,而是大宝贝,因为当年世界的核电技术下核燃料都只燃烧了3%到4%左右,就维持不了额定功率了,而这些核燃料在燃烧过程中还会产生新的核燃料。

这个时候就需要把核燃料进行后处理,也就是通过一些列的化学过程,把核电站没有燃烧完的核燃料和新产生的核燃料提取出来,再把这个燃料制成核电站发点所需要的燃料元件。循环利用的原理听起来简单操作却异常艰难,如何对这些有极强核辐射对人体有致命伤害的元器件进行剪切、分离、提取、提纯等等,每一步都是难题,我国科学家经过24年的钻研反复试验终于突破了全套技术体系。完全是靠咱们国家自己自主设计、自主建造、自主调试、自主研发的设施,最后一次试验制备出了合格的铀产品和钚产品,所以说它是成功了。

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