镎-237在压水堆BEAVRS模型嬗变特性研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:daolong163
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乏燃料在相当长的时间内持续产生放射性危害,需要特别的处置方式防止其对环境造成危害。镎-237在次锕系核素(MA)中质量占比约50%,半衰期长达200万年,是乏燃料危害的主要来源之一。通过分离-嬗变(P&T)技术,镎-237在反应堆中经过中子辐照发生(n,γ)反应,再经过β-衰变会转变为钚-238,钚-238是用于生产核电池的珍贵核素。目前世界上运行的反应堆大多为压水堆(PWR),美国麻省理工学院2013年基于商用压水堆提出了三维高精度的BEAVRS模型。因此本文基于BEAVRS模型,探究镎-237在压水堆中的嬗变特性。本文首先使用MCNP5对BEAVRS模型热态零功率(HZP)下的基准题进行模拟,经过与实测数据及其他模拟结果对比,证明了使用MCNP5进行模拟的准确性。然后经过分析,选择使用镎-237的氧化物替换原BEAVRS堆芯可燃毒物的方案进行研究,并引入了三种可燃毒物替换方案:外部替换,内部替换和均匀替换。接着使用NJOY99程序,基于ENDF/B Ⅶ.1核数据库制作了所需核素对应温度下ACE格式的核数据。最后使用MCNP5和SCALE对三种方案的有效增殖因数(keff)、燃料温度系数(FTC)、慢化剂温度系数(MTC)、燃耗及嬗变率进行模拟。与替换前BEAVRS堆对比,得出如下结论:237NpO2替换可燃毒物B2O3会使有效增殖因数减小,随替换质量的增加,减小的趋势趋缓。三种方案对燃料温度系数几乎没有影响,但会使慢化剂温度系数绝对值增大,有利于安全性。在300 kg镎-237添加量下三种方案均会降低堆芯寿期和燃耗深度。影响最小的是均匀替换方案,堆芯寿期分别达到替换前BEAVRS堆的80.7%和85.5%。同时获得三种方案最高的镎-237嬗变率,达到18.3%。寿期内镎-237消耗56.8 kg,是1000 MW级压水堆镎-237年产量的6倍,并以83.3%的转化率产生47.3 kg的钚-238,是1000 MW级压水堆钚-238年产量的近40倍。
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