颗粒可燃毒物空间自屏效应分析研究1)

娄 磊,柴晓明,姚 栋,王连杰,于颖锐,李满仓

(中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术重点实验室,四川 成都 610213)

反应堆在寿期初为控制堆芯剩余反应性，除了使用可燃毒物棒、控制棒或可溶硼等材料外，还会使用弥散型可燃毒物，其中颗粒型弥散可燃毒物[1]较无颗粒度的均匀弥散可燃毒物具有更高的自由度，不仅具有毒物类型、毒物质量百分比可以调节外，还可以通过调节毒物颗粒的尺寸控制可燃毒物的反应性释放。由于颗粒型弥散可燃毒物不在反应堆中占据燃料元件位置，而是均匀分布在燃料中，不会导致功率分布的畸变；同时颗粒可燃毒物与基体直接接触部分仅仅是颗粒表面，不需要考虑可燃毒物材料与基体材料的完全相容性，通过在颗粒表面增加中间层材料等形式可以解决颗粒与基体界面相容性问题，这为可燃毒物类型选择以及化学形态的选择都提供了更大的自由度；另外，颗粒可燃毒物往往具有较大的中子吸收截面，颗粒的空间自屏效应会使颗粒中心材料的中子吸收作用被颗粒外层材料所屏蔽，相同重量的可燃毒物，通过调节颗粒的尺寸，可以调节毒物的反应性释放速率，并且在寿期初只表现颗粒外层材料的中子吸收作用，随着燃耗进行毒物的中子吸收作用逐渐释放，颗粒可燃毒物不仅为反应堆设计提供了一个新的自由度，而且更有利于反应性的平稳控制。

颗粒可燃毒物由于空间自屏效应，传统的体积均匀化方法可能会带来较大的中子学计算偏差，分析偏差的影响因素及其影响大小对颗粒可燃毒物的计算具有重要意义。……