新型吸收剂与局部慢化剂相结合的快堆控制棒设计研究

摘要

新一代快堆对其控制棒的安全性、使用寿命和经济性提出了更高的要求。传统快堆控制棒以碳化硼(B_(4)C)为吸收剂,但B_(4)C的气体释放、吸收力损失、高温包壳碳化失效及辐照膨胀限制了其安全使用寿命。本文利用能有效处理控制棒空间自屏蔽现象的确定论计算方法,设计并分析了基于替代吸收剂与局部慢化剂的快堆新型控制棒。本文从中子吸收能力、安全特性及废物处理等方面考察了硼化物、氢化物、稀土金属氧化物及金属四大类多种吸收剂。结果表明在不同吸收力区间,都有相应新型吸收剂可替代传统B_(4)C。大型快堆控制棒所需吸收力较低,可利用稀土金属氧化物作为长寿期吸收材料;中型快堆可考虑使用导热性优异的TiB_(2)或中子特性良好的HfH_(1.62);小型模块化快堆可考虑使用HfB_(2)作为超长寿期吸收剂。本文还介绍了吸收剂与慢化剂相结合的新型控制棒,结果表明局部慢化剂可加强控制棒吸收能力或节约吸收剂使用。本文结果将为快堆新型控制棒的研发提供重要参考。