熔盐堆是钍资源核能利用的理想堆型,而燃料的钍(Th)含量会影响堆中子学特性和钍铀转换性能。基于MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)和MOBAT(burnup code coupled with MCNP and ORIGEN2 using BATch language)程序分析了2 MW(热功率)熔盐实验堆不同Th添加量满功率运行300 d的钍铀转换及堆中子学特性。结果表明:Th消耗率随添加量增加而减小。Th转化率随Th添加量增加而增大,但增长率逐渐减小。233Th浓度达到最大值的速率与Th的质量呈线性关系,233Pa与233Th的变化趋势一致。Th装量越高,生成的233U的浓度也越高,233U的积累量随运行时间不断增加。Th装量越大,需添加的235U越多,135I浓度增加会增加Xe的平衡浓度。Th装量越大,中子能谱越硬,233U产量越高,意味着在快中子能谱下更易实现转换或增殖。80 kg Th运行4 d即可满足放化检测限。基于钍铀转化数据、反应性需求、放化检测限等因素综合考虑,实验堆可开展几十至百公斤级的Th利用与钍铀循环验证实验。
反应性控制系统的设计是反应堆物理设计的主要内容之一。氟盐冷却高温球床堆(Pebble Bed-Fluoride salt-cooled High temperature Reactor,PB-FHR)用B4C吸收体的控制棒作为反应性控制的主要手段。所有控制棒分布于石墨反射层的孔道中,其空间布局、几何结构、中子吸收体的特性参数等是影响控制棒反应性控制的关键因素。本文基于SCALE6程序,以10 MW固态燃料钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Solid Fuel,TMSR-SF1)(属于PB-FHR)设计模型为参考,系统研究了石墨反射层中控制棒径向位置、有效行程、棒体结构、吸收体长度、吸收体密度等因素对控制棒价值的影响。结果表明,控制棒的径向位置对控制棒价值影响较大;控制棒吸收体长度需综合考虑上下限位及极限下插限位对价值变化的影响;^(10)B的原子密度变化对控制棒价值影响较小。本研究为PB-FHR的反应性控制系统的设计及控制棒的制造加工提供理论参考。
