采用钨基金属陶瓷燃料的核热推进反应堆掉落临界安全特性研究.pdf

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1、第２３卷第３期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．３２０１７年６月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＪｕｎ．２０１７采用钨基金属陶瓷燃料的核热推进反应堆掉落临界安全特性研究霍红磊，赵守智，解家春，安伟健，胡古（中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部，北京１０２４１３）摘要：采用蒙特卡罗（ＭＣＮＰ）程序建立模型，对采用钨基金属陶瓷（ＣＥＲＭＥＴ）燃料的核热推进反应堆掉落临界安全特性进行了研究。从有效增殖系数的基本定义出发，定义了三个特性参数：不泄漏几率、中子“逃脱”安全棒吸收几率和中子“逃脱”Ｒｅ、Ｗ、Ｇｄ、Ｕ等的非裂变吸收几率，定量分析了堆芯进水、反射层和掉落环境对核热

2、推进反应堆掉落临界安全的影响，为我国核热推进反应堆的设计提供了参考。关键词：核热推进；钨基金属陶瓷燃料；掉落临界安全；中子平衡；谱移吸收体中图分类号：Ｖ５１３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１７）０３⁃０３５３⁃０５ＳｔｕｄｙoｎＤｒoｐｐｉｎｇＣｒｉｔｉｃａlｉｔｙＳａｆｅｔｙＰｅｒｆoｒｍａｎｃｅoｆＮｕｃlｅａｒＴｈｅｒｍａlＰｒoｐｕlｓｉoｎＲｅａｃｔoｒｗｉｔｈＴｕｎｇｓｔｅｎＢａｓｅｄＣＥＲＭＥＴＦｕｅlＨＵＯＨｏｎｇｌｅｉ，ＺＨＡＯＳｈｏｕｚｈｉ，ＸＩＥＪｉａｃｈｕｎ，ＡＮＷｅｉｊｉａｎ，ＨＵＧｕ（ＤｉｖｉｓｉｏｎｏｆＲｅａｃｔｏ

3、ｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２４１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏＮＰａｒｔｉｃｌｅ（ＭＣＮＰ）ｃｏｄｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｄｒｏｐｐｉｎｇｃｒｉｔｉ⁃ｃａｌｉｔｙｓａｆｅｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＮｕｃｌｅａｒＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎ（ＮＴＰ）ｒｅａｃｔｏｒｕｓｉｎｇｔｕｎｇｓｔｅｎｂａｓｅｄＣＥＲＭＥＴｆｕｅｌｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｒｏｍｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｅｆｆ

4、ｅｃｔｉｖｅｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒ，ｔｈｒｅｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｄｅｆｉｎｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｎｏｎ⁃ｌｅａｋａｇｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｓａｆｅｔｙｒｏｄａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ“ｅｓｃａｐｅ”ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｎｏｎ⁃ｆｉｓｓｉｏｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ（ｂｙＲｅ，Ｗ，Ｕ，Ｇｄａｎｄｓｏｏｎ）“ｅｓｃａｐｅ”ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｓｕｃｈｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙｓａｆｅｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｒｏｐｐｉｎｇａｃｃｉｄｅｎｔａｓｔ

5、ｈｅｗａｔｅｒｉｎｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｃｏｒｅ，ｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｄｒｏｐｐｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｓｏｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇｔｈｏｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｔｍａｙｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ’ｓＮＴＰｒｅａｃｔｏｒ．Ｋｅｙｗoｒｄｓ：ｎｕｃｌｅａｒｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ；ｔｕｎｇｓｔｅｎｂａｓｅｄＣＥＲＭＥＴｆｕｅｌ；ｄｒｏｐｐｉｎｇｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙｓａｆｅｔｙ；ｎｅｕｔｒｏｎｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｓｐｅｃｔｒａｌｓｈｉｆｔａｂｓｏｒｂｅｒ反

6、应堆是核热推进系统的核心部件。核热推１引言进系统在太空中执行推进任务，需先用化学火箭核热推进比冲高、所需工质少，能够降低近地将其送入预定轨道，在这一过程中反应堆保持次轨道的初始质量（ＩＭＬＥＯ）和增大载荷质量份额，临界状态。当化学火箭发射失败时，反应堆掉落，适用于多种空间推进任务。在美国航天局可能掉入水、干沙和湿沙等不同环境中，这些材料（ＮＡＳＡ）最新发布的火星参考任务文件５�０中，会增加中子的反射和慢化，降低中子泄漏率，导致核热推进再次被选为载人探索火星的推进动堆芯反应性增加，可能会发生反应堆超临界事［１］［２］力。经分析，把化学推进改为核热推进后可将故。因此

7、，在核热推进反应堆设计中需要进行［１］ＩＭＬＥＯ由１２５０ｔ降低至８００ｔ左右，从而大大掉落临界安全分析，保证在最严重的掉落事故条［３］降低了发射成本。件下，有效增殖系数不大于０�９８。收稿日期：２０１６⁃０８⁃２３；修回日期：２０１７⁃０４⁃１７基金项目：载人航天预先研究项目（０５０２０１）第一作者：霍红磊，男，硕士，研究实习员，研究方向为核能科学与工程。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｈｕｏｈｌ０９＠１６３．ｃｏｍ３５４载人航天第２３卷核热推进反应堆堆芯运行温度极高，可达ＢｅＯ轴向反射层。活性区被堆芯容器包围，堆芯３０００Ｋ，需要使用超高温燃料，钨基金属陶瓷容器材料为Ｗ⁃２５

8、Ｒｅ合金。堆芯容器外面为