液体燃料反应堆

熔盐堆是采用流动的熔盐作为燃料的反应堆，最早由美国橡树岭国家实验室(ORNL)提出。鉴于熔盐堆具有良好的固有安全性、可在线后处理、放射性废物少、可持续发展、防核扩散等优点，可作为先进反应堆堆型中的液体燃料反应堆使用。

熔盐堆所采用的核燃料具有流动性，缓发中子先驱核会随着燃料的流动发生衰变，从而影响到反应性的变化，这不同于固体燃料反应堆。^[1]

液体燃料反应堆在开展流体运动对反应性的影响研究中指出有效缓发中子会随着流体的流动发生变化，在液体燃料的分析时应考虑燃料流动对缓发中子的影响。Haubenreich比较详细地从反应堆物理的角度出发对MSRE熔盐堆缓发中子进行了分析，但没有分析在不同流速下的分布情况。西安交通大学张大林等以MOSART熔盐堆为模型也开展了燃料流动对缓发中子影响的相关研究。相关研究以MSRE熔盐堆为模型，采用圆柱体均匀堆的近似处理方法，开展燃料熔盐流动对有效缓发中子的影响研究，并与燃料熔盐静止状态下的情况进行比较。通过本研究，可以进一步了解熔盐堆中缓发中子在熔盐不同流速及静止状态下的空间分布情况，进而得到燃料熔盐流动对缓发中子损失的影响。这些研究结果为深入开展熔盐堆中子动力学和安全分析提供参考依据。

表一MSRE熔盐堆一回路熔盐为LiF—BeF2-ZrF4一UF4的组合形式，二回路熔盐为LiF—BeF2，设计的热功率值为10MWth，实际运行的最大功率为7.5MWth。一回路熔盐入口温度635.00℃，出口温度662.78℃，质量流速174.13kg·S-1，通过热交换器与二回路熔盐进行热量的交换。堆芯由石墨阵列、熔盐通道、控制棒和样品辐照通道等组成，周围采用哈氏合金作为堆芯容器，没有反射层，结构示意图见右图，主要的物理参数见表一。

动力学方程熔盐堆是一种液体燃料反应堆，采用的燃料具有流动性，这与传统固体燃料反应堆有较大差异。文中采用在液体燃料反应堆计算分析中普遍应用的中子动力学方程，见右图。

MSRE熔盐堆堆芯为无反射层结构，准圆柱体几何，因此，对于中子通量西，可利用圆柱体裸堆的临界通量分布进行近似。由于缓发中子先驱核随燃料熔盐一起流动，即缓发中子先驱核的宏观速度与熔盐的流动速度相同。

熔盐堆使用的燃料具有流动性，在实际运行过程中部分缓发中子先驱核将会流出堆芯并在堆芯外会发生衰变，这将造成反应性损失。本文采用圆柱体均匀堆的近似模型，分析了MSRE熔盐堆在恒定流速下的反应性损失以及堆芯不同区域、不同燃料熔盐流速对缓发中子分布的影响。结果表明：

(1)文中对MSRE熔盐堆在正常运行情况下反应性损失值的计算与实验结果相对偏差为10%；

(2)缓发中子先去核在半径20 cm处各组缓发中子先驱核产生的中子浓度比半径30 cm处的高了近20%，这
是由于靠近堆芯中心区域的原因；

(3)缓发中子先去核在燃料熔盐的流速下从174.13kg·S-1，变成70 kg·S-1时，产生的中子浓度变化在6%以内，说明了燃料熔盐流速的变化对衰变周期越短的缓发中子先驱核组数的影响比较小。^[2]