一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆制造技术

本发明专利技术公开一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，该单束流加速器驱动次临界堆包括质子束流、散裂靶、燃料区和辐射屏蔽层，辐射屏蔽层包覆在所述燃料区的外围，散裂靶位于所述燃料区内的非中心位置，且沿轴向贯穿插入所述燃料区，质子束流沿所述散裂靶的轴向一端插在所述散裂靶内。本发明专利技术提供的单束流加速器驱动次临界堆将质子束流和散裂靶设置在燃料区的非中心位置，在同等参数下，本发明专利技术提供的单束流加速器驱动次临界堆中子倍增因子相比中心对称ADS提高了0.02399，在未增加装料量的情况下提高了反应堆的整体能效，具有很高的经济优势，且明显简化了换料机构的换料操作，工程实现更简便、更安全、经济性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆
本专利技术涉及核反应堆
，尤其是一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆。
技术介绍
近代以来，化石能源一直主导着整个能源类型的走向，随着化石能源的枯竭以及其对环境伤害的日益增大，传统的产能方式逐渐趋于弱化地位。而核能作为一种新型、高能量密度型的清洁能源，正成为主流。但核能发展过程中，核废料问题是世界性的难题。为解决该问题，核工业界提出了加速器驱动次临界堆(ADS)的概念。ADS由质子加速器、散裂进水靶和次临界堆芯构成，利用加速器加速重带电粒子(如质子、氘离子)来轰击重金属靶来产生散裂中子，进而嬗变核废料。目前ADS主流设计主要采用位于堆芯中心的单质子束流驱动方式。有效中子增殖因子是ADS的核心参数，ADS能量输出与有效中子增殖因子、外中子源强有关。基于安全考虑，且由于是次临界堆，ADS的有效中子增殖因子应该小于1，且应尽可能高。而现有ADS的有效中子增殖因子较小，不能满足需求。此外，现有的中心对称ADS包括复杂的大旋塞、小旋塞和堆内换料机组成的三级曲柄连杆机构的堆内换料系统运动，换料操作涉及到大旋塞和小旋塞围绕自身轴线的自转、小旋塞绕大旋塞轴线的公转和堆内换料机绕小旋塞轴线的公转等复杂运动，不易操作。
技术实现思路
本专利技术提供一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，用于克服现有技术中有效中子增殖因子偏低、堆内换料系统设计复杂且不易操作等缺陷。为实现上述目的，本专利技术提出一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，所述单束流加速器驱动次临界堆包括质子束流、散裂靶、燃料区和辐射屏蔽层；所述辐射屏蔽层包覆在所述燃料区的外围；所述散裂靶位于所述燃料区内的非中心位置，且沿轴向贯穿插入所述燃料区；所述质子束流沿所述散裂靶的轴向一端插在所述散裂靶内。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：本专利技术提供的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，在主流堆芯中心对称ADS的基础上，将质子束流和散裂靶设置在燃料区的非中心位置，与主流堆芯中心对称ADS比较，在同等参数下，中心对称ADS中子倍增因子为0.97656时，本专利技术提供的单束流加速器驱动次临界堆相比中心对称ADS，其中子倍增因子提高了0.02399，在未增加装料量的情况下提高了反应堆的整体能效，具有很高的经济优势；此外，本专利技术提供的单束流加速器驱动次临界堆的质子束流和散裂靶均处于燃料区的非中心位置，相对现有的中心对称ADS复杂的堆内换料系统运动学分析(即大旋塞、小旋塞和堆内换料机组成的三级曲柄连杆机构的运动，其中涉及到大旋塞和小旋塞围绕自身轴线的自转、小旋塞绕大旋塞轴线的公转和堆内换料机绕小旋塞轴线的公转等复杂运动)，本专利技术提供的单束流加速器驱动次临界堆无复杂的三级曲柄连杆机构，明显简化了换料机构的换料操作，工程实现更简便、更安全、经济性更好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术提供的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆沿轴向的截面图；图2为本专利技术提供的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆沿径向的截面图。附图标号说明：1：质子束流；2：散裂靶；3：燃料区；4：经向反射层；5：轴向反射层；6：经向屏蔽层；7：轴向屏蔽层。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本实施例提出一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，如图1和图2所示，包括质子束流1、散裂靶2、燃料区3和辐射屏蔽层；所述辐射屏蔽层包覆在所述燃料区3的外围；所述散裂靶2位于所述燃料区3内的非中心位置，且沿轴向贯穿插入所述燃料区3；所述质子束流1沿所述散裂靶2的轴向一端插在所述散裂靶2内。优选地，所述散裂靶2和质子束流1为同轴心圆柱体，所述散裂靶2的径向厚度为24.246cm、轴向厚度为190cm，所述质子束流1的径向厚度为10cm、轴向厚度为70cm。在散裂靶2几何设计上，散裂靶2的组件数参考HYPER方案，设计为7盒组件，则散裂靶2的径向厚度可由此确定，质子束流1的径向厚度参考IAEA-ADS基准例题设计为10cm，基于无窗靶没有窗材料辐照损伤、不存在靶窗冷却和质子能量减少问题等优点，打靶界面选择无窗类型，散裂靶2的轴向厚度根据入射质子能量确定。在质子束流1的设计上，参考国际ADS嬗变示范堆方案，同时根据FLUKA的计算结果，入射质子能量为1.5GeV时中子产额高且中子能耗较低，设计入射质子能量为1.5GeV；束流形状设计为与散裂靶2同心圆柱，采用均匀分布。优选地，所述散裂靶2的材质为液态铅铋(LBE)。在散裂靶2设计上，首先是靶材料的选择，经对几种典型的材料进行中子学、热工、化学稳定性等比较，并参考国际ADS嬗变示范堆方案后，确定以液态铅铋(LBE)作为靶材料。优选地，以燃料区3径向截面的中心点为起点，以燃料区3径向厚度方向为偏移方向，所述散裂靶2径向截面的中心点沿所述偏移方向偏移的距离为11～110cm。优选地，所述燃料区3的材质包括57％的液态铅铋、16.67％的T91钢和24.33％的超铀弥散金属燃料((TRU-10Zr)-Zr)。优选地，所述燃料区3的径向厚度为110.75cm、轴向厚度为100cm。优选地，所述辐射屏蔽层包括径向反射层4、轴向反射层5、径向屏蔽层6和轴向屏蔽层7；所述燃料区3、轴向反射层5和轴向屏蔽层7轴向同轴心，轴向反射层5包覆在燃料区3的轴向外侧，轴向屏蔽层7包覆在轴向反射层5轴向外侧；所述燃料区3、径向反射层4和径向屏蔽层6径向同轴心，径向反射层4包覆在燃料区3径向外侧，径向屏蔽层6包覆在径向反射层4径向外侧。优选地，所述轴向反射层5和轴向屏蔽层7的材质均为质量比为57:43的液态铅铋和T91钢；所述轴向反射层5径向厚度为110.75cm，轴向厚度为80cm；所述轴向屏蔽层7径向厚度为110.75cm，轴向厚度为10cm。优选地，所述径向反射层4的材质均为质量比为93.1:6.9的液态铅铋和T91钢；所述径向反射层4的径向厚度为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，所述单束流加速器驱动次临界堆包括质子束流、散裂靶、燃料区和辐射屏蔽层；/n所述辐射屏蔽层包覆在所述燃料区的外围；/n所述散裂靶位于所述燃料区内的非中心位置，且沿轴向贯穿插入所述燃料区；/n所述质子束流沿所述散裂靶的轴向一端插在所述散裂靶内。/n

【技术特征摘要】
1.一种非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，所述单束流加速器驱动次临界堆包括质子束流、散裂靶、燃料区和辐射屏蔽层；
所述辐射屏蔽层包覆在所述燃料区的外围；
所述散裂靶位于所述燃料区内的非中心位置，且沿轴向贯穿插入所述燃料区；
所述质子束流沿所述散裂靶的轴向一端插在所述散裂靶内。


2.如权利要求1所述的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，所述散裂靶和质子束流为同轴心圆柱体，所述散裂靶的径向厚度为24.246cm、轴向厚度为190cm，所述质子束流的径向厚度为10cm、轴向厚度为70cm。


3.如权利要求1或2所述的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，所述散裂靶的材质为液态铅铋。


4.如权利要求3所述的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，以燃料区径向截面的中心点为起点，以燃料区径向厚度方向为偏移方向，所述散裂靶径向截面的中心点沿所述偏移方向偏移的距离为11～110cm。


5.如权利要求1所述的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，所述燃料区的材质包括57％的液态铅铋、16.67％的T91钢和24.33％的超铀弥散金属燃料。


6.如权利要求1或5所述的非中心对称的单束流加速器驱动次临界堆，其特征在于，所述燃料区的径向厚度为110.75...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠，赵子甲，吕中良，潘冬梅，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51