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氚是一种非常重要的聚变堆燃料,虽然在自然界中存在,但却非常稀少。目前世界上的氚供给主要来源于CANDU反应堆,其价格非常昂贵。另外,可用于氘氚聚变的氚只有数十千克,但1GW的聚变功率每年消耗的氚将达到55.6千克。在聚变堆启动时,必须提供一定的初始投料量以完成氚燃料的循环。基于这个现状,本文提出了加速器驱动次临界产氚反应堆ADS-T(Accelerator Drivensubcritical System-Tritium)的概念,并开展了ADS-T中子学方案的初步设计与分析工作,ADS-T可以为聚变堆提供一个有吸引力的氚生产途径。
首先,本文根据ADS-T的总体定位提出了中子学设计目标与约束条件。针对备选材料目前的服役性能及工艺成熟度,初步选择了燃料、冷却剂、结构钢材料、反射材料、屏蔽材料以及产氚材料。参考国际上典型的ADS概念设计方案,给出了ADS-T堆芯布局。
其次,本文建立了ADS-T三维中子学模型。基于该模型,对散裂中子能量、产氚材料、结构钢材料、初始keff、产氚组件摆放方式、产氚材料中6Li富集度以及中子能谱等影响产氚能力的设计参数进行了敏感性分析。
最后,本文基于敏感性分析的结果进行了ADS-T中子学的设计优化及分析,给出了年产氚1千克量级和10千克量级的两套ADS-T中子学方案。