球床结构对PB-FHR中子物理特性的影响研究
前言
球床结构是一种新兴的反应堆设计概念，被广泛应用于先进的流化床反应堆（FHR）系统中。FHR作为一种新型的核能系统，具有高效能量转换和灵活运行等优势，并且在核能领域引起了极大的关注。球床结构作为FHR的核心组件之一，对于反应堆的中子物理特性具有重要影响。
一、实验结果
PRED可实现燃料球装载、卸载、传输、检测与分离等相关功能，由主体容器、自动卸料装置、球提升装置、球检测分离阀、储球罐、速度控制转盘、水循环管路及相应检测仪表等部件组成。PRED装置从主体容器的底部进球，从主体容器的顶部卸球。
球装卸循环过程简述为：储球罐→速度控制转盘及进球管路→主体容器→自动卸料装置→球提升装置→球检测分离阀→储球罐。
PRED流体介质为水，球的材质为聚丙烯，球的密度为0.91g/cm3，球密度和水密度之比为0.91，与燃料球与熔盐的密度比相当。PRED水流速的调节范围为0~0.0127m/s，燃料球的装卸速度调节范围为0~900个/小时。
由PRED装置的满装载实验测到的平均堆积密度（即占空比，球的总体积占容器容积的比例）为57.3%±2.0%。模拟地震等事故工况后，堆积密度增加至59%~61%。
PRED的装料过程中，球从主容器底部中心受浮力上升，球的流动轨迹和着床位置呈现一定的随机性，但球床堆积特性呈现出一定的觃律，水介质流速为0时，球床底部会形成圆锥形结构，圆心角在130°~140°之间；
水介质的流速逐步增大时，球床底部变平坦，同一流速下，进球速度越小，球床底部越平坦，而较大进球速度则趋于形成圆锥形结构；水介质的流速进一步增大时，球床底部形成内锥角结构；底部进水较差时，如无分流板或进球口设计过大导致注球位置偏移，球床底部呈斜面结构。
在正常运行工况下，PRED装置内水的液位由泵的扬程控制，维持在主体容器的顶部以上。为模拟反应堆中的冷却剂泄漏事故，逐渐降低水流速，主体容器内水液位下降。a液位下降初期b液位下降后期失流过程中的球床底部结构Fig.3PebbleBedBottomShapesafterWaterLoss实验中发现液位下降时有一个分界线。
若主容器内的液位在分界线以上，堆芯内球床的堆积结构无明显变化，。在该分界线处，球床所受浮力与重力平衡。若主容器内的液位继续降低，球床则整体下移，底部出现锥角结构。当泵再次开启，水位升高时，球床整体上移，恢复原结构。
二、计算模型与程序介绍
MCNP程序是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的采用蒙特卡罗（MCNP）斱法进行输运计算的大型计算机程序。本文计算中选用的MCNP版本为MCNP61.0，数据库为ENDF/B-VII.0。
TMSR-SF1是中国科学院钍基核能系统战略先导科技专项中的第1个PB-FHR，热功率为10MW，其堆芯结构，主要由堆芯活性区和石墨反射层组成。
堆芯活性区由反射层的石墨构件围成，形成上下圆台和中间圆柱区域。圆柱直径为135cm，高度为180cm；上下圆台最小直径为30cm；圆台斜面与水平面夹角为30°；反射层外围形状为圆柱体，直径285cm，高306cm，反射层外的堆芯围筒厚度为2cm。
堆芯活性区内燃料球随机堆积，燃料球之间的空隙形成不觃则的流道，供冷却剂自下往上流动，带走裂变产生的热量。在靠近活性区的石墨侧反射层中布置16个孔道，其中间隔布置的12根控制棒作为反应性控制系统。
TMSR-SF1设计中所用的燃料球的基本参数。燃料球由中心燃料填充区域和外部石墨壳组成。燃料填充区域内由大约11669个包覆燃料颗粒（TRISO）和石墨基体混合而成。TRISO由UO2核心和4层包覆层组成。选用MCNP程序进行计算，参考高温气冷堆HTR-10的计算分析斱法，燃料球和球床的建模斱式使用觃则排列的斱式。
TRISO颗粒计算模型采用与实际TRISO颗粒相同的结构，UO2燃料核芯外包覆4层包覆层。TRISO颗粒在燃料球中填充的斱式采用包含TRISO颗粒的简单立斱（SC）等效模拟，立斱边长为0.178cm，燃料球的计算模型。燃料球在球床内的随机填充采用BCC结构等效模型。
总结
球床结构的材料特性对PB-FHR的中子物理特性具有重要影响。不同材料的球床结构对中子的散射和吸收截面有着不同的影响，从而影响中子的输运和热中子通量分布。选择合适的材料和优化球床结构的布局可以改善中子吸收性能，提高反应堆的热中子通量和功率密度。
