微型核反应堆冷却/慢化剂材料物理特性对比分析

王锋; 郎健强; 谭煦滨; 朱江辉

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微型核反应堆冷却/慢化剂材料物理特性对比分析

首发时间：2022-01-26

王锋 ¹
王锋，博士，副教授，研究生导师。中国核学会、中国化工学会等学会会员。2008年重庆大学能源与动力工程学院博士毕业获工程热物理专业博士学位。主要研究方向包括氢能、核能与冷喷涂等。参与国际传热传质、国际氢能杂志、太阳能学报等国内外期刊、会议论文评审，参与教育部学位与研究生教育发展中心等学位论文评审以及国家、重庆市等自然科学基金项目和科技奖励的评审。2013-2014年在美国佛罗里达国际大学机械与材料工程系做访问学者。作为课题负责人和主研人主持和参与完成国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、横向课题多项。在国内外学术期刊及会议上发表论文100余篇，获权专利5项，参编英文专著1部。目前为重庆大学核反应堆物理分析课程负责人。
郎健强 ² 谭煦滨 ¹ 朱江辉 ¹

1、重庆大学能源与动力过程学院，重庆 400044
2、重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044

摘要：微堆具有体积小、固有安全性好、成本低等特点，并有十分广阔的应用市场，适用于海水淡化、海上平台、国防武装等多种应用场景。在反应堆中冷却剂和慢化剂发挥重要作用，其材料种类决定了小型堆的设计方法、技术和经济性，两者的中子物理特性有重要研究价值。本文通过数值手段，从中子物理角度对微型堆常用的冷却剂/慢化剂材料进行了比较。以六边形结构设计堆芯、金属铍为反射层，采用MCNP软件建模计算了不同冷却剂/慢化剂下堆芯的临界特性、栅元轴向功率分布、堆芯径向功率分布、中子能谱、反应性控制等，比较了其中子物理特性。结果表明在慢化剂与燃料的比值较小时，水慢化性能最佳，三联苯的过慢化特性不明显，氢化锆的慢化能力为三者最低。液态金属慢化能力差，中子能谱中快中子居多，与热中子堆冷却剂如水、三联苯差别较大。五种工质满足最基本的安全性要求，但是水作为高富集度微堆燃料的冷却剂不适合。

关键词：微堆冷却剂慢化剂 MCNP

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Comparative analysis of cooling/moderator material physical characteristics used in micro-nuclear reactor

WANG Feng ^{1
2}
王锋，博士，副教授，研究生导师。中国核学会、中国化工学会等学会会员。2008年重庆大学能源与动力工程学院博士毕业获工程热物理专业博士学位。主要研究方向包括氢能、核能与冷喷涂等。参与国际传热传质、国际氢能杂志、太阳能学报等国内外期刊、会议论文评审，参与教育部学位与研究生教育发展中心等学位论文评审以及国家、重庆市等自然科学基金项目和科技奖励的评审。2013-2014年在美国佛罗里达国际大学机械与材料工程系做访问学者。作为课题负责人和主研人主持和参与完成国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、横向课题多项。在国内外学术期刊及会议上发表论文100余篇，获权专利5项，参编英文专著1部。目前为重庆大学核反应堆物理分析课程负责人。
LANG Jianqiang ¹ TAN Xubin ¹ ZHU Jianghui ¹

1、School of Energy and Power Engineering, Chongqing Universuty, Chongqing 400044
2、Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technology and System of Ministry of Education, Chongqing 400044

Abstract：Micro-nuclear reactors have the characteristics of small size, good inherent safety, and low investment cost. It has a very broad market and is suitable for various application scenarios such as seawater desalination, offshore platforms, and national defense armed forces. Coolant and moderator play an extremely important role in the reactor. The type of them determines the main design method, technical characteristics of these reactorsComparative analysis of cooling/moderator material physical characteristics used in micro-nuclear reactor, the neutron physical properties have great value of research. This study compares the commonly used coolants/moderators for Micro-nuclear reactors from the perspective of neutron physics through theoretical analysis. The hexagonal design and metal beryllium as the reflector were used here, and modeling is achieved through MCNP. By calculating the critical characteristics of the core under different coolants/moderators, the axial power distribution of the fuel cell, the radial power distribution of core, the neutron energy spectrum, and the reactivity were obtained.Results indicate that, when the ratio of moderator to fuel is small,water has the best moderating performance. The overmoderated characteristic of Santowax is not obvious, and the moderation capacity of ZrH is the lowest. The moderation ability of liquid metal is poor, and the fast neutrons are predominate in the energy spectrum of the liquid metal, which is quite different from the thermal neutron reactor coolant such as water and Santowax. All working fluids meet the basic safety requirements, but high-enrichment fuels are not suitable for water coolant.

Keywords： Micro-nuclear reactor coolant moderator MCNP?????

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王锋，郎健强，谭煦滨，等. 微型核反应堆冷却/慢化剂材料物理特性对比分析[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2022-01-26]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202201-102.

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论文编号	202201-102
论文题目	微型核反应堆冷却/慢化剂材料物理特性对比分析
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