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40 kW星表双鼓控制液态熔盐堆设计:中子学设计与双鼓价值分析

庄乃亮 宋永念 尹政达 赵行斌

庄乃亮, 宋永念, 尹政达, 赵行斌. 40 kW星表双鼓控制液态熔盐堆设计:中子学设计与双鼓价值分析[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 207-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0207
引用本文: 庄乃亮, 宋永念, 尹政达, 赵行斌. 40 kW星表双鼓控制液态熔盐堆设计:中子学设计与双鼓价值分析[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 207-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0207
Zhuang Nailiang, Song Yongnian, Yin Zhengda, Zhao Hangbin. Design of 40 kW Dual-drum Controlled Liquid Molten Salt Reactor in Catalogue: Neutronics and Dual-drum Worth Analysis[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 207-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0207
Citation: Zhuang Nailiang, Song Yongnian, Yin Zhengda, Zhao Hangbin. Design of 40 kW Dual-drum Controlled Liquid Molten Salt Reactor in Catalogue: Neutronics and Dual-drum Worth Analysis[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 207-212. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0207

40 kW星表双鼓控制液态熔盐堆设计:中子学设计与双鼓价值分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0207
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(12105142);航空科学基金(20240058052004);中央高校基本科研业务费(56XCA2402601)
详细信息
    作者简介:

    庄乃亮(1988—),男,博士,副研究员,现主要从事空间核动力与核反应堆热工水力方向的研究工作,E-mail: zhuangnailiang@nuaa.edu.cn

    通讯作者:

    E-mail: zhuangnailiang@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TL32

Design of 40 kW Dual-drum Controlled Liquid Molten Salt Reactor in Catalogue: Neutronics and Dual-drum Worth Analysis

  • 摘要: 核裂变反应堆热源(电源)由于没有对日定向需求、受太空环境影响小、功率大且可大幅度调节等诸多优点,有望应用于未来深空探索、星表科考站、星际航行等领域。本文在第四代核反应堆技术-熔盐堆的基础上,提出了一种以液态熔融盐作为核燃料与热管冷却的40 kW空间液态熔盐堆的概念设计,并提出采用控制鼓(调节功率)和安全鼓(紧急停堆)双鼓结合的创新型反应堆反应性控制方案。建立了液态熔盐空间核反应堆物理模型并基于蒙特卡罗程序MCNP和RMC分析获得了堆芯中子能谱、中子通量密度分布、温度效应以及燃耗深度等关键堆芯物理特性,并开展了控制鼓转角对反应性影响以及事故工况下部分双鼓失效下反应性的控制与堆芯安全分析。研究结果表明:本文所设计的40 kW空间液态熔盐堆可实现满功率运行10 a,控制鼓布置能够满足部分控制鼓或安全鼓失效下的堆芯安全要求。本研究可为空间液态熔盐堆的控制方案提供设计参考。

     

  • 图  1  空间液态熔盐堆结构

    Figure  1.  Structure of Space Liquid Molten Salt Reactor

    图  2  堆芯裂变区中子能谱

    Figure  2.  Neutron Spectrum of the Reactor

    图  3  横截面中子通量密度变化云图

    Figure  3.  Contour of Neutron Flux Distribution in Cross Section

    图  4  堆芯相对中子通量密度沿径向及轴向变化

    Figure  4.  Neutron Flux Distribution along Radial and Axial Directions

    图  5  keff随温度变化

    Figure  5.  keff versus Temperature

    图  6  keff随时间变化

    Figure  6.  keff versus Time

    图  7  双鼓转动角度对反应性的影响

    Figure  7.  Reactivity versus Dual-drum Rotation Angle

    图  8  不同运行温度下keff随控制鼓转动角度变化

    Figure  8.  keff versus Control Drum Rotation Angle at Different Operating Temperatures

    表  1  堆芯主要参数

    Table  1.   Main Parameters of the Core

    参数 数值及描述
    热功率/kW 40
    寿期/a 10
    工作温度/K 1000
    燃料盐成分[18] LiF-UF4(摩尔比72.5%∶27.5%)
    热管工质
    结构材料 镍基合金
    反射层材料 BeO
    吸收体材料 B4C
    控制鼓直径/cm 10
    安全鼓直径/cm 14
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-19
  • 修回日期:  2025-04-16
  • 刊出日期:  2025-06-15

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