球床高温堆设计中可燃吸收体(BA)的集成优化：提升OTTO燃料循环的安全性与功率分布调控

【编辑推荐】本研究通过Serpent 2蒙特卡罗代码对球床高温堆(HTR)的可燃吸收体(BA)进行多尺度分析，创新性地将硼(B)、铟(In)、金(Au)等元素集成至TRISO包覆燃料颗粒中，有效抑制初始反应性过剩并降低轴向功率峰因子(1.677→1.3)。该方案为OTTO（Once-Through-Then-Out）燃料循环提供了兼具短期(锂/Li、铕/Eu)与长期(铒/Er、汞/Hg)反应性调控的解决方案，显著提升堆芯安全边际。

　　

亮点

球床高温堆(HTR)采用OTTO燃料循环时面临两大挑战：初期反应性剧烈波动和轴向功率峰化。本研究发现，将可燃吸收体(BA)像"中子海绵"般嵌入TRISO颗粒涂层，可同步解决这两个难题。

燃料球计算模型

研究采用Serpent 2蒙特卡罗代码构建了燃料球的无限晶格模型，这种"化繁为简"的策略精准捕捉了BA对局部中子物理的影响，避免了全堆芯模拟的复杂性。

可燃吸收体含量评估

通过筛选天然丰度元素发现：硼(B)、铟(In)、金(Au)如同"急先锋"，能快速吞噬多余中子；而锂(Li)和铕(Eu)则像"持久战士"，在长期燃烧中维持反应性稳定。

中子学燃耗分析

在100 MWd/kgU燃耗深度下，铱(Ir)和汞(Hg)展现出"双相调节"特性——初期吸收中子后逐步"释放"中子，这种智能响应完美匹配OTTO循环需求。

堆芯功率分布调控

核心突破在于：铒(Er)和镤(Pa)将轴向功率峰值从1.677压降至1.3，同时把热点位置向堆芯下部推移了15cm，相当于为反应堆装上"自动调温器"。

结论

这项研究为球床堆设计提供了"分子级"调控方案：微观尺度优化TRISO颗粒中的BA分布，宏观尺度实现堆芯功率的"精准整形"，标志着第四代核反应堆安全设计的重要进展。