微型反應(yīng)堆具有系統(tǒng)緊湊、部署靈活、固有安全性好、熱電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，可應(yīng)用于常規(guī)電網(wǎng)補充、偏遠地區(qū)供電、深空航行、深海潛航等多個領(lǐng)域。具有耐高溫、耐輻照、深燃耗優(yōu)點的包覆顆粒燃料是理想的先進微堆燃料，能極大提高固有安全性，可提高熱電轉(zhuǎn)換效率和燃料利用率，增強微型反應(yīng)堆經(jīng)濟競爭力。以包覆顆粒燃料為裂變?nèi)剂系奈⑿头磻?yīng)堆使用壽命長，功率密度高，可作為電力補充的一種有效手段，具有廣闊的發(fā)展前景。

使用包覆顆粒燃料的微型反應(yīng)堆具有眾多優(yōu)勢，但因為其結(jié)構(gòu)復雜而在研究上存在諸多困難。對此，客戶提出了以下需求：

（1）優(yōu)化堆芯結(jié)構(gòu)以達目標壽期并設(shè)計配套的反應(yīng)性控制系統(tǒng)。

（2）反應(yīng)堆具有多系統(tǒng)冗余安全性，事故工況下可安全停堆。

（3）在保證誤差處于可接受范圍的條件下盡量提高計算效率。

（4）開發(fā)基于FCM燃料的高溫氣冷堆核熱耦合穩(wěn)/瞬態(tài)計算方法。

（5）考慮多物理場耦合影響對微堆進行穩(wěn)、瞬態(tài)和事故分析。

（6）綜合給出堆芯優(yōu)化設(shè)計。

（7）計算精度和計算成本能夠滿足應(yīng)用要求。

本項目的研究成果有：

（1）在堆芯設(shè)計方面，確定了基準堆芯幾何參數(shù)與材料類型，設(shè)計了控制系統(tǒng)構(gòu)件，構(gòu)建了微型反應(yīng)堆全堆模型，選取了不同類型材料與尺寸進行堆芯基準物理參數(shù)計算，進行了反應(yīng)堆安全性分析。

（2）在反應(yīng)堆物理計算方法研究方面，開展了對燃料柵元的幾何和能量兩個方面不同簡化計算方法的對比研究，開展組件計算驗證，確定了全堆物理計算方法。

（3）在堆芯多物理耦合研究方面，建立了基于彌散模型修正的Chiew & Glandt Model的顆粒燃料等效熱導率計算模型，通過多群截面生成方法獲取緩發(fā)中子份額、衰變常數(shù)和中子代時間中子動力學參數(shù)，使用六分之一組件開發(fā)了核熱流耦合穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)計算模型，完成了穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化和事故瞬態(tài)模擬。