球床結構對PB-FHR中子實體特性的影響研究
前言
球床結構是一種新興的反應堆設計概念，被廣泛應用于先進的流化床反應堆（FHR）系統中。FHR作為一種新型的核能系統，具有高效能量轉換和靈活運作等優勢，并且在核能領域引起了極大的關注。球床結構作為FHR的核心元件之一，對于反應堆的中子實體特性具有重要影響。
一、實驗結果
PRED可實作燃料球裝載、解除安裝、傳輸、檢測與分離等相關功能，由主體容器、自動卸料裝置、球提升裝置、球檢測分離閥、儲球罐、速度控制轉盤、水循環管路及相應檢測儀表等部件組成。PRED裝置從主體容器的底部進球，從主體容器的頂部卸球。
球裝卸循環過程簡述為：儲球罐→速度控制轉盤及進球管路→主體容器→自動卸料裝置→球提升裝置→球檢測分離閥→儲球罐。
PRED流體媒體為水，球的材質為聚丙烯，球的密度為0.91g/cm3，球密度和水密度之比為0.91，與燃料球與熔鹽的密度比相當。PRED水流速的調節範圍為0~0.0127m/s，燃料球的裝卸速度調節範圍為0~900個/小時。
由PRED裝置的滿裝載實驗測到的平均堆積密度（即占空比，球的總體積占容器容積的比例）為57.3%±2.0%。模拟地震等事故工況後，堆積密度增加至59%~61%。
PRED的裝料過程中，球從主容器底部中心受浮力上升，球的流動軌迹和着床位置呈現一定的随機性，但球床堆積特性呈現出一定的觃律，水媒體流速為0時，球床底部會形成圓錐形結構，圓心角在130°~140°之間；
水媒體的流速逐漸增大時，球床底部變平坦，同一流速下，進球速度越小，球床底部越平坦，而較大進球速度則趨于形成圓錐形結構；水媒體的流速進一步增大時，球床底部形成内錐角結構；底部進水較差時，如無分流闆或進球口設計過大導緻注球位置偏移，球床底部呈斜面結構。
在正常運作工況下，PRED裝置内水的液位由泵的揚程控制，維持在主體容器的頂部以上。為模拟反應堆中的冷卻劑洩漏事故，逐漸降低水流速，主體容器内水液位下降。a液位下降初期b液位下降後期失流過程中的球床底部結構Fig.3PebbleBedBottomShapesafterWaterLoss實驗中發現液位下降時有一個分界線。
若主容器内的液位在分界線以上，堆芯内球床的堆積結構無明顯變化，。在該分界線處，球床所受浮力與重力平衡。若主容器内的液位繼續降低，球床則整體下移，底部出現錐角結構。當泵再次開啟，水位升高時，球床整體上移，恢複原結構。
二、計算模型與程式介紹
MCNP程式是由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室開發的采用蒙特卡羅（MCNP）斱法進行輸運計算的大型計算機程式。本文計算中選用的MCNP版本為MCNP61.0，資料庫為ENDF/B-VII.0。
TMSR-SF1是中國科學院钍基核能系統戰略先導科技專項中的第1個PB-FHR，熱功率為10MW，其堆芯結構，主要由堆芯活性區和石墨反射層組成。
堆芯活性區由反射層的石墨構件圍成，形成上下圓台和中間圓柱區域。圓柱直徑為135cm，高度為180cm；上下圓台最小直徑為30cm；圓台斜面與水準面夾角為30°；反射層外圍形狀為圓柱體，直徑285cm，高306cm，反射層外的堆芯圍筒厚度為2cm。
堆芯活性區内燃料球随機堆積，燃料球之間的空隙形成不觃則的流道，供冷卻劑自下往上流動，帶走裂變産生的熱量。在靠近活性區的石墨側反射層中布置16個孔道，其中間隔布置的12根控制棒作為反應性控制系統。
TMSR-SF1設計中所用的燃料球的基本參數。燃料球由中心燃料填充區域和外部石墨殼組成。燃料填充區域内由大約11669個包覆燃料顆粒（TRISO）和石墨基體混合而成。TRISO由UO2核心和4層包覆層組成。選用MCNP程式進行計算，參考高溫氣冷堆HTR-10的計算分析斱法，燃料球和球床的模組化斱式使用觃則排列的斱式。
TRISO顆粒計算模型采用與實際TRISO顆粒相同的結構，UO2燃料核芯外包覆4層包覆層。TRISO顆粒在燃料球中填充的斱式采用包含TRISO顆粒的簡單立斱（SC）等效模拟，立斱邊長為0.178cm，燃料球的計算模型。燃料球在球床内的随機填充采用BCC結構等效模型。
總結
球床結構的材料特性對PB-FHR的中子實體特性具有重要影響。不同材料的球床結構對中子的散射和吸收截面有着不同的影響，進而影響中子的輸運和熱中子通量分布。選擇合适的材料和優化球床結構的布局可以改善中子吸收性能，提高反應堆的熱中子通量和功率密度。
