1MWth火星表面热管熔盐堆堆芯初步中子学设计

摘要

核反应堆由于其能量密度高、功率质量比高和尺寸小等优点,成为未来载人火星探测任务的主要能源供给.为此,结合熔盐堆与高温热管技术,提出了寿期大于5 a的1 MWth火星表面热管熔盐堆(Martian SurfaceMolten Salt Reactor,(MS)2R)方案.采用MCNP(Monte Carlo N particle Transport Code)和MOBAT开展了(MS)2R的堆芯尺寸和反应性控制的优化设计,给出了堆芯物理设计参数:堆芯的高度和直径分别为90.94 cm和88.94 cm,富集铀装量为146.08 kg,堆本体质量为2.09×103 kg;反应性控制的控制鼓采用厚度1.8 cm、包角120o的B4C(10B含量为90％)中子吸收体.分析结果表明:(MS)2R可实现满功率(1 MWth)运行5 a,并满足堆芯最小化、轻量化的需求;控制鼓布置能够满足反应堆寿期内的临界安全要求,且热管数量能够满足传热安全限值.本研究可为火星表面热管熔盐堆提供设计参考.