热管堆在不同基体材料下的燃耗特性分析

High Power Laser and Particle Beams（2022）

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摘要

热管冷却核反应堆具有非能动传热、模块化和固有安全性高等特点,在航空探索、深海作业和偏远地区电力市场上有广泛的应用.以洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的5 MWth热管堆为研究对象,选择SS-316,Mo-14Re和SiC作为基体候选材料,采用反应堆蒙特卡罗中子输运分析程序对比分析了以上三种基体堆芯的反应性、中子能谱、增殖性能和燃耗演化.结果表明:为了维持堆芯的10年运行,SS-316,Mo-14Re和SiC三种基体堆芯所需的初始燃料235U富集度分别约为19.35％,28.80％和17.10％,SiC基体堆芯所需的初始燃料235U富集度最小;10年后,SiC基体堆芯产生的易裂变核素(239Pu和241Pu)和次锕系核素(通过分离嬗变可被再次利用)的量最高,分别约为11.91 kg和92.08 g.综合以上研究结果,推荐SiC作为热管冷却核反应堆的基体.

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