池式研究型反应堆是全球多用途研究堆中的重点类型,因其在安全特性、多用途性和运行维护等方面的突出表现而备受关注。在池式堆中,热功率为1~10 MW的小型研究堆方案设计最为成熟,应用场景最为广泛。为了探索未来池式研究堆堆芯设计及其应用场景的发展趋势,首先,根据全球开展RERTR(Reduced Enrichment Research and Test Reactor)低浓化项目并进行堆芯重新设计的小型池式研究堆不同的堆芯方案进行对比,研究分析未来小型池式研究堆堆芯可采用的燃料类型和组件结构,以及目前全球小型池式研究堆的应用情况。其次,总结了小型池式研究堆在燃料类型和堆芯结构两个方面的发展现状,汇总了研究堆各类中子应用场景的技术指标。最终,通过横向对比探究分析推判:未来小型池式研究堆将采用紧凑型堆芯设计,采用高密度的低浓缩铀燃料,以紧凑可移动式小堆芯为基础,以大水池内中子源应用设施为主要发展方向。
反中子阱型研究堆独特的堆芯和反射层结构对传统上适用于动力堆的确定论堆芯物理计算方法提出了挑战。使用确定论程序DRAGON/DONJON对反中子阱型设计的中国先进研究堆(China Advanced Research Reactor,CARR)进行了堆芯物理计算与适用性分析。采用了多组件方法改善CARR堆芯组件均匀化计算的环境影响;使用OPTEX反射层优化方法对反射层均匀化群常数进行修正。将蒙特卡罗方法的计算结果作为参考解,使用DRAGON程序挂载几种常用的多群截面库进行组件计算,选择偏差最小的SHEM-295作为CARR堆芯物理计算截面库。将DRAGON/DONJON的计算结果与传统“三步法”和参考解进行对比表明:临界工况附近的有效增殖系数keff、堆芯活性区和重水箱中间位置的热中子注量率分布以及标准燃料组件的功率分布等核特性参数偏差较小。对于堆芯与重水箱交界、水池外真空边界、跟随体组件等处计算结果出现较大偏差的原因进行了分析。证明了使用DRAGON/DONJON程序进行CARR物理计算具备可行性且相较于传统“三步法”计算精度有了明显改善,能够满足CARR堆上实验方案设计、运行参数快速计算分析等需求。
