钍基熔盐堆安全分析关键技术及非能动余热排出系统特性研究

There are some key studies which are very important to independent research and development of thorium molten salt reactor (TMSR), namely methodology as well as numerical calculation of coupled neutronics and thermal-hydraulic analysis, safety analysis and evaluation, a new concept passive residual heat removal system (PRHRS) of TMSR together with systematic analysis PRHRS. Adopting liquid fuel technology, the reactor neutronics is closely related with thermal-hydraulic parameters. However, the mature reactor design and safety analysis software of TMSR are lacked. The fundamental theoretical study as well as experimental data is insufficient for PRHRS. Consequently, based on existing research, the profound analysis related with key technology of TMSR will be performed, including developing coupled neutronics and thermal-hydraulic analysis software which is highly efficient, accurate and versatile , establishing safety evaluation parameters and corresponding standards. This project will propose a new concept passive residual heat removal system (PRHRS) of TMSR with the technology of high temperature heat pipe. Meanwhile, the transient analysis as well as experimental research of PRHRS are studied. The comprehensive and overall safety analysis as well as the evaluation of relevant technical scheme will be implemented, to enhance the inherent safety of thorium molten salt reactor. This project is of great significance to provide theoretical analysis and data for the design and safety analysis of thorium molten salt reactor.

钍基熔盐堆物理-热工的耦合方法和计算方法、安全特性分析评价以及熔盐堆新型非能动余热排出系统概念设计和系统特性等方面的研究，对于我国钍基熔盐堆的自主研发具有重要意义。由于熔盐堆采用液体燃料的特殊性，堆物理与堆热工紧密相关，目前缺乏成熟的堆芯设计分析及安全分析软件，熔盐堆的非能动余热排出系统基础理论有待深入研究，缺少相关实验数据作支持。本项目充分利用现有研究基础，深入开展针对钍基熔盐堆安全分析的关键技术研究，开发出高效、准确、通用性强的堆物理-热工耦合计算分析软件，建立可靠的钍基熔盐堆安全评价参数和标准，并结合高温热管技术，提出钍基熔盐堆新型非能动余热排出系统，进行系统瞬态特性分析和实验研究，对钍基熔盐堆进行综合、全面的安全分析及相关技术方案评价，增强钍基熔盐堆的固有安全性。本项目的实施可以为我国钍基熔盐堆的堆芯及系统设计和相关安全分析提供重要的理论依据和数据支撑。

钍基熔盐堆研究历程短，相关基础研究及实验研究严重不足，很多关键物理热工计算问题及安全审评基础理论还有待于探索和研究。本项目研究内容是钍基熔盐堆物理-热工的耦合方法和计算方法，建立可靠的安全性评价参数和标准，开发相应的安全分析程序，提出钍基熔盐堆新型非能动余热排出系统，并对系统的关键技术问题进行理论和实验研究。在此基础上，开发了钍基熔盐堆多功能栅格物理程序SONG，多群数据库管理程序MANLIB，核数据辅助加工程序以及先进反应堆时间相关物理热工耦合软件COUPLE/TANG-MSR。从耦合形式、耦合途径、网格匹配、耦合反馈模型、高效的数据交换模型、耦合收敛方式六大方面解决了钍基熔盐堆物理热工精确耦合问题。设计了一种无铍熔盐氧化铍慢化的熔盐堆堆芯设计，可将燃料倍增周期由30年缩短至15年，增殖比从1.04提升到1.12。提出了一种功率为20MW，18个月换料方案的移动式氟盐冷却高温堆概念设计，满足偏远地区用电或高温工艺热需求。针对钍基熔盐堆的结构特点与运行工况，开发了钍基熔盐堆安全分析程序FSAC。基于美国核管会相关导则，获得了强迫循环、自然循环工况下钍基熔盐堆安全限值、容许运行区间与安全系统整定值，确定一回路合金结构材料是瞬态事故工况下的薄弱环节，为钍基熔盐堆安全审评提供了重要的数据支持。结合高温热管技术，设计出钍基熔盐堆新型非能动余热排出系统，提高反应堆非能动安全性。自主设计并搭建了国内首个高温熔盐冷却非能动余排系统实验平台，克服了高温熔盐由于毒性、化学活性等因素造成结构材料腐蚀问题，掌握其关键技术，获得了余排系统稳态及瞬态运行特性，验证了余排系统设计可行性，揭示了熔盐流动换热特性机理，提供了宝贵的实验经验和数据。本项目解决了钍基熔盐堆物理-热工精确耦合、安全特性分析及评价、新型余排系统概念设计及系统特性分析三大关键科学问题。研究成果科学意义重大，应用前景广阔，可以为我国钍基熔盐堆的设计及安全分析提供重要的理论依据和数据支撑。