长寿命小型自然循环铅基快堆燃料选型

刘紫静，赵鹏程，任广益，柯国土，于 涛，谢金森，陈珍平，何丽华，谢 芹，曾 浩

(1.南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001；2.中国原子能科学研究院，北京 102413；3.南华大学 核燃料循环技术与装备湖南省协同创新中心，湖南 衡阳 421001；4.生态环境部 核与辐射安全中心，北京 100082)

长寿命小型自然循环铅基快堆在海洋核动力、可移动电源、边远区域热电联供、海水淡化等领域具备广阔的发展前景，是铅基快堆重要发展方向之一。目前，国际上提出了多种长寿命小型自然循环铅基快堆设计方案，如欧盟的ELECTRA[1]，美国的ENHS[2]、SSTAR[3]，韩国的PASCAR[4]、URANUS[5]；国内清华大学[6]、西安交通大学[7]、中国科学技术大学[8]、合肥物质研究院[9]也开展了相关概念设计。其中采用的燃料有UO2、MOX、(PuZr)N、U-TRU-Zr、PuN-UN、PuO2-ThO2等多种类型，目前尚未针对长寿命小型自然循环铅基快堆的燃料选型给出定论。

在长寿命小型自然循环铅基快堆堆芯设计中，长寿命、小型化、自然循环是3个关键设计指标。目前实现堆芯的长寿命目标主要有3种方法：1) 提高堆芯燃料装载量；2) 提高堆芯易裂变核素富集度；3)提高堆芯的燃料增殖性能。其中，提高堆芯燃料装载量会加大堆芯尺寸，降低卸料燃耗。增加易裂变核素富集度可大幅提高堆芯初始keff，延长堆芯寿期，但需采用更多控制棒或添加可燃毒物调节反应性，会极大增加反应性控制难度并影响功率分布均匀程度。高的燃料增殖性能往往需要堆芯稠密栅格布置以硬化中子能谱，而这又会加大冷却剂流动阻力，降低自然循环能力。……