加速器驱动次临界系统（ADS）束流瞬变动态响应的微机仿真研究

【摘要】：裂变能的开发及大规模商业应用,已分别有50年与25年的历史。虽然人们把人类最终解决能源问题的希望寄予核聚变能的应用,但纵观核聚变40年的研究发展历程及当前的态势,一般都预期核聚变能的应用从原理验证、工程开发、工程示范到商业示范,进而到商业应用还有相当长的过程,因此,从现在到21世纪中叶以后的很长时期内,所谓核能即指裂变能的利用。 当前商业应用的核能系统还存在若干阻碍裂变能进一步发展的缺点,即高放射性废物的最终处理、铀资源利用率不高和安全性问题。近十余年来,核科学界一直在寻求可以克服这些障碍的创新技术路线——加速器驱动的次临界系统。我国已经将该研究列为国家重点基础研究项目“973”计划——“加速器驱动洁净核能系统”(Accelerator Driven System,简称ADS,下同)。这种由高能质子加速器和次临界反应堆等所构成的混合系统将成为目前商用的核能系统与核聚变能可充分利用间的过渡。 加速器驱动的反应堆系统(ADS)中的次临界反应堆工作在高功率水平,裂变热功率密度与同类核电站堆芯功率密度大体相当,因此与反应堆安全要求相关的设计准则与现有核电站用堆芯大体相同。 而ADS中次临界堆芯的功率水平依靠强流质子轰击散裂靶产生的中子源来维持,因此质子束流的不稳定性,以及任何形式的失束都将对次临界堆的功率水平产生影响,进而对ADS的安全性产生影响。因此,加速器驱动的反应堆系统(ADS)的可靠性主要决定于高功率质子加速器(HPPA)运行的可靠性。 在ADS中,强流质子加速器(HPPA)的稳定性和失束的总合统称为HPPA的可靠性,这里所说的失束是指针对次临界反应堆而言,由于某种原因造成HPPA质子束流中断或从束管中丢失。 产生失束现象的主要原因在于离子源及加速结构的射频系统事故。离子源事故主要来源于高压打火,失束时间一般小于一秒,可以自动恢复;而射频系统事故引起的失束在5分钟以上,须人工介入。 HPPA失束对次临界反应堆的影响有两方面:一、由于外源的突然中断对反应堆中子学行为的改变引起的功率变化;二、由于功率骤变将直接影响的材料反应堆的温