热堆中添加MA核素的嬗变研究

【摘要】：核电站向人类提供大量电力的同时也带来了不少环境和社会方面的问题,其中最能引起公众关注,同时也是最需要解决的问题是如何妥善处置核电站乏燃料中含有的大量的长寿命高放射性废物。长寿命高放射性废物主要包括长寿命裂变产物(LLFP)和镎、镅、锔等次锕系核素(MA),它们需要经过上万年的衰变才能消除放射性危害。因此妥善解决长寿命高放射性废物的处置问题是大力发展核能的重要条件之一。 分离-嬗变技术(Partitioning and Transmutation of long-lived nuclides)被认为是最好的处理核废料的方法,它可以分离乏燃料中的钚、铀等可再次循环利用核素以及长寿命放射性核素。分离出的长寿命放射性核素可以通过嬗变技术将其转变为短寿命或稳定核素,从而消除长寿命核素的长期放射性危害。热中子堆是国内外最为成熟的堆型,我国目前投入商业运行的主要的堆型也是热堆,并且MA核素具有较大的热中子俘获和裂变截面,因此开展热中子堆嬗变MA核素的研究在我国具有重要的意义,研究热中子堆嬗变MA核素的效率及可行性是本文的主要内容,在此基础上我们还提出了采用高通量热中子堆嬗变MA核素的方法。 本文采用MCNP程序搭建了压水堆、快堆和高通量热中子堆模型,对各个堆芯的中子物理特性做了详细的分析；研究了堆芯中添加MA核素后,堆芯反应性等中子物理特性的变化,并做了对比分析；分析计算了MA核素在压水堆和高通量热中子堆中经过照射后的俘获消失率以及裂变消失率,分析说明了堆芯的嬗变能力。 研究结果显示：MA核素对热堆(压水堆、高通量热中子堆)的中子物理性能有很大影响,会引起堆芯反应性的下降,为使堆芯临界必须大幅度提高燃料的富集度；MA核素还会引起堆芯热中子通量的下降。经过分析计算MA嬗变棒在压水堆中经过300天照射后,MA核素的消失量很大,但主要是通过俘获中子转变成其他超铀核素,如Pu-238等,而非通过裂变转换成其他稳定和低放射性核素；MA在高通量热中子堆中的辐照研究显示,高通量热中子堆具有很高的嬗变效率,虽然MA核素在高通量热中子堆中的直接裂变率不是很高,但是其间接裂变率却非常高。