[发明专利]一种高增殖比反应堆堆芯

说明书

本发明公开了一种高增殖比反应堆堆芯，该反应堆堆芯为以外中子源区为中心的连续区域，连续区域由内向外依次为：放大区、功能区及屏蔽区；放大区内放置MA核素和贫铀的混合燃料，利用外中子源区产生的高能中子引发MA核素和贫铀裂变进行中子倍增；功能区内放置可转换材料，利用放大区泄露过来的中子进行燃料增殖；屏蔽区用于屏蔽从功能组件泄露出来的中子。本发明能够实现反应堆内易裂变核的产生与易裂变核的消耗的比值高，即在产生相同易裂变核的情况下，消耗的易裂变核少，反应堆的增殖比高。

技术领域

本发明涉及核反应堆领域，具体涉及一种高增殖比反应堆堆芯。

背景技术

半个世纪以来国外核能利用的实践已证明核能可作为一个国家电力生产的主要能源或重要能源。然而自然界存在的铀资源已接近枯竭并且价格昂贵，所以发展高增殖性能的快堆可以支持巨大的核电需要。

美国能源部倡导的第四代核能论坛推荐的六种堆型中钠冷快堆、氦气冷却快堆、铅(鉍)冷却快堆均是快中子增殖堆，具有较硬的中子能谱而获得优良的中子经济性，系统具有较高的核燃料增殖能力。

增殖比的定义是反应堆内易裂变核的产生与易裂变核的消耗的比值，即在产生相同易裂变核的情况下，消耗的易裂变核越少，堆的增殖比越高。影响反应堆增殖的另一因素是，燃料核每吸收一个中子产生的平均次级中子数。

考虑到钚在快堆中每吸收一个中子产生的次级中子数比较多，所以目前的大部分的增殖快堆选择使用铀、钚混合物，利用易裂变核素钚239的裂变反应进行中子的倍增，进而利用多余的中子进行核燃料的增殖。因此核燃料的增殖过程中伴随着易裂变核素的消耗，反应堆内核燃料增殖比不是很高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高增殖比反应堆堆芯，能够实现反应堆内易裂变核的产生与易裂变核的消耗的比值高，即在产生相同易裂变核的情况下，消耗的易裂变核少，反应堆的增殖比高。

本发明的具体实施方案如下：

一种高增殖比反应堆堆芯，该反应堆堆芯为以外中子源区为中心的连续区域，连续区域由内向外依次为：外中子源区、放大区、功能区及屏蔽区；

所述放大区内放置MA核素和贫铀的混合燃料，利用外中子源区产生的高能中子引发MA核素和贫铀裂变进行中子倍增；

所述功能区内放置可转换材料，利用放大区泄露过来的中子进行燃料增殖；

所述屏蔽区用于屏蔽从功能组件泄露出来的中子。

进一步地，所述外中子源区使用聚变中子或者散裂中子作为中子源。

进一步地，所述功能区内还放置慢化剂，慢化剂采用固态慢化材料。

进一步地，所述可转换材料采用贫铀或者钍。

有益效果：

1、本发明利用放大区内放置MA核素和贫铀的混合燃料，MA核素和贫铀属于非易变核素，一方面利用MA核素相对于钚在快中子作用下每吸收一个中子可以释放产生更多的次级中子数的特点，实现了中子倍增高效性；同时实现了一种无易裂变核素消耗下的核燃料的增殖，进而实现反应堆的高增殖比；再者，本发明的功能区屏蔽泄露出来的中子，能够减少中子对堆芯外围部件的中子辐照损伤。

2、本发明使用聚变中子或者散裂中子作为中子源，具有较高的能量，可以为放大区提供能量高达百万电子伏的快中子，即高能中子。

3、本发明功能区内还放置慢化剂，一方面利用慢化剂的反射作用，对放大区泄露过来的中子进行反射，提高放大区内的裂变率；同时利用慢化剂的慢化作用，对放大区泄露过来的中子进行慢化，将功能区内的中子能量降低到共振能区或热能区，这两个能量区的中子更容易被俘获吸收，增大可转换核素的俘获吸收截面，进而增大其向易裂变核素转换的概率。

附图说明