一种组件型熔盐堆制造技术

本发明专利技术公开了一种组件型熔盐堆。所述组件型熔盐堆的堆芯包括由内至外同轴排布的一中心反射层、一活性区和一外反射层，所述活性区、所述外反射层均为正六棱柱形，所述活性区围合在所述中心反射层的外部，所述外反射层围合在所述活性区的外部；所述活性区由若干个正六棱柱结构单元组成，该些正六棱柱结构单元在径向上并行排布成蜂窝状结构，在轴向上同轴堆叠成层状结构，每一所述正六棱柱结构单元由六个正三棱柱组件拼设而成。所述组件型熔盐堆的位置明确，有利于功率分布的控制，同时可以通过置换组件径向和轴向的位置，方便装卸料、简化换料方式的同时，使得燃料能够达到更高的燃耗，实现燃料的有效循环和管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种组件型熔盐堆。
技术介绍
第四代堆共有六种堆型：气冷快堆(GFR)、铅冷快堆(LFR)、熔盐堆(MSR)、钠冷快堆(SFR)、超临界水冷堆(SCWR)、超高温气冷堆(VHTR)。其中熔盐堆使用熔盐作为冷却剂，具有良好的经济性和固有安全性。第四代核能会议之后，以熔盐作为冷却剂的反应堆概念设计相继被提出，如橡树岭国家实验室的先进高温堆(AHTR)，UC伯克利的球床先进高温堆(PB-AHTR)，2011年中国科学院启动的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)先导专项提出的随机球床高温钍基熔盐堆等。AHTR使用氟盐作为冷却剂，以包覆颗粒和SiC基体制作成板状燃料组件，采用定期停堆换料的方式。中子分析表明，该堆芯在使用9wt％富集度的铀时，可以实现6个月两批次的换料。PB-AHTR是以包含TRISO包覆颗粒的燃料球作为燃料元件，石墨作为反射层，2LiF-BeF2熔盐作为冷却剂的球床先进高温堆，燃料球在熔盐中缓慢流动，支持在线换料。在换料方面，AHTR使用的是直径1.244cm的燃料棒，直接插入在石墨基体中，由于燃料棒数量巨大，换料成本较高。PB-AHTR采用的在线换料是通过燃料球在熔盐中的流动实现的，因为无法控制燃料球在堆芯中的位置，所以在换料前需要逐个测量球的燃耗，而且单球逐个换料的方式机构复杂，不利于反应堆的安全运行。随机球床高温钍基熔盐堆的基本堆型与PB-AHTR相近，也存在燃料球数量大、在线换料时安全性差的缺点。本申请的专利技术人在研究本领域现状时发现：现有的固态燃料熔盐堆都只是停留在概念设计的阶段，目前没有一个实际建好的反应堆。虽然采用球形r>
燃料支持在线换料的已经有实际的应用，如清华的高温气冷堆，但是在熔盐堆的设计中尚未实现实际应用，究其原因：虽然采用球形燃料的PB-AHTR和随机球床高温钍基熔盐堆(TMSR)都是想要利用在线换料的方法，大幅提高燃料的燃耗，但是由于熔盐的高温、高腐蚀、高辐射的特性，熔盐堆在线换料在目前甚至未来很长一段时间都难以实施起来。
技术实现思路
本专利技术旨在克服的技术问题在于克服了现有的熔盐堆存在的燃料棒数量大、需要逐个换料、换料成本高，而燃料球与在线换料结合的方式又不利于反应堆安全运行且无法实际应用的缺陷，而提供了一种组件型熔盐堆。本专利技术提供的组件型熔盐堆通过把多个球形燃料元件按一定的排列束缚起来形成组件，一方面组件的位置明确，有利于功率分布的控制，同时可以通过置换组件径向和轴向的位置，方便装卸料、简化换料方式的同时，使得燃料能够达到更高的燃耗，实现燃料的有效循环和管理。本专利技术提供了一种组件型熔盐堆，其特点在于，所述组件型熔盐堆的堆芯包括由内至外同轴排布的一中心反射层、一活性区和一外反射层，所述活性区、所述外反射层均为正六棱柱形，所述活性区围合在所述中心反射层的外部，所述外反射层围合在所述活性区的外部；所述活性区由若干个正六棱柱结构单元组成，该些正六棱柱结构单元在径向上并行排布成蜂窝状结构，在轴向上同轴堆叠成层状结构，每一所述正六棱柱结构单元由六个正三棱柱组件拼设而成。本专利技术中，堆芯是组件结构单元的有序排列，反应堆运行时，装料和换料可以直接以组件为单位，降低运行成本，燃料的装卸料、换料更加方便。此外由于堆芯内圈燃料燃耗较高，外圈燃耗较低，因此组件、组件组合在单循环、多循环的燃料管理中的多方位多角度的位置置换，可以使得燃料充分燃烧，使燃料达到更高的燃耗深度。进一步发展可以使用钍铀循环、钍钚循
环燃料，解决铀资源匮乏及能源问题。下面，对中心反射层作进一步说明：本专利技术中，所述中心反射层较佳地由若干个六棱柱形石墨柱围合而成。中心反射层可以起到降低功率峰因子的作用，同时可以起到慢化作用。所述的六棱柱形石墨柱的个数较佳地为7个。本专利技术中，位于所述中心反射层的正中心处的六棱柱形石墨柱的结构较佳地为：其正中心处还开设有一实验通道，所述实验通道为一圆柱孔。下面，对外反射层作进一步说明：本专利技术中，所述外反射层较佳地由若干个六棱柱形石墨柱围合而成。，所述的六棱柱形石墨柱的个数较佳地为138个。下面，对活性区作进一步说明：本专利技术中，所述正六棱柱结构单元在径向和轴向上有序排列，即径向成蜂窝状排列，轴向采用简单堆积方式排列，上下层结构相同，无错位。所述正六棱柱结构单元，其总数量及高度视堆芯的具体功率而定，所述活性区的总高度较佳地为2～10m。本专利技术中，所述正三棱柱组件较佳地为正三棱柱燃料组件或者正三棱柱控制棒通道组件。所述正六棱柱结构单元的结构较佳地包括两种：结构一：6个正三棱柱燃料组件；结构二：5个正三棱柱燃料组件+1个正三棱柱控制棒通道组件。结构一和结构二是堆芯最重要的基本结构。其中，较佳地，所述活性区从径向上由5～15层正六棱柱结构单元由内至外围合而成，更佳地由9层正六棱柱结构单元由内至外围合而成，每一层均含有结构一和结构二。所述结构一构成所述活性区的主体部分，所述结构二构成所述活性区的6条六等分线，并将所述活性区的横截面沿六棱柱的六条边等分为6个扇形区域。较佳地，还将每一所述扇形区域分为a、b、c三个区域，各区域均有15个结构一和3个结构二。较佳地，所述活性区在轴向上由6层正六棱柱结
构单元组成，每层由250个所述结构一和54个所述结构二组成；较佳地，还将所述活性区从轴向上由外至内分为A、B、C三个区域，即将整个活性区从轴向上分为两个A区、两个B区和两个C区。较佳地，所述堆芯采用循环换料的方式进行换料，一个循环周期较佳地包括9批换料，具体如下：Aa-Ab，Ab-Ac，Ac-Ba，Ba-Bb，Bb-Bc，Bc-Ca，Ca-Cb，Cb-Cc，取出Cc同时在Aa处放入新的燃料。每个循环周期的最后一步是把Cc取出，作为核废料，同时在原来Aa的区域放入新的燃料，每次循环都是这样操作，以此达到平衡，并不断地加新料，去废料，不断运行下去。其中，较佳地，所述正三棱柱燃料组件由正三棱柱包壳和球形燃料元件组成，所述球形燃料元件堆放于所述正三棱柱包壳的内部。所述的球形燃料元件在所述正三棱柱包壳中的排布方式较佳地为：28层，每层3个，呈正三角形排列。其中，所述正三棱柱包壳的材料为本领域常规的适用于作为堆芯结构的材料，一般具有较高的强度、耐腐蚀性、高熔点、低中子毒性、耐辐射等特点，可以很好地支撑球形燃料元件，较佳地为碳-碳复合材料，更佳地为三维编织的碳-碳复合材料。其中，所述正三棱柱包壳的大小与厚度视具体堆芯中子通量、堆芯温度、功率、反应性温度系数而定。所述正三棱柱包壳由厚度相等的一个顶面、一个底面和三个侧面组成。较佳地，所述的顶面和所述的底面上均开设有至少一个熔盐流通通道。所述熔盐流通通道的数量及直径由堆芯的大小、功率及热工水力参数决定，所述熔盐流通通道的数量较佳地为4个。本专利技术中，熔盐作为冷却剂自下而上通过所述活性区，由此带走核裂变能。所述熔盐为本领域常规的液态FLiBe熔盐，较佳地为2LiF-BeF2。该种类的熔盐具有高的比热容、高熔点和较低的蒸汽压，使得组件型熔盐堆具有良好的经济性和固有安全性。其中，所述球形燃料元件较佳地为燃料球。较佳地，所述燃料球包含一内部燃料层和一外部石墨包壳。所述燃料球的半径较佳地为3cm，所述内部燃料层的半径较佳地为2.5cm，所述外部石墨包壳的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组件型熔盐堆，其特征在于，所述组件型熔盐堆的堆芯包括由内至外同轴排布的一中心反射层、一活性区和一外反射层，所述活性区、所述外反射层均为正六棱柱形，所述活性区围合在所述中心反射层的外部，所述外反射层围合在所述活性区的外部；所述活性区由若干个正六棱柱结构单元组成，该些正六棱柱结构单元在径向上并行排布成蜂窝状结构，在轴向上同轴堆叠成层状结构，每一所述正六棱柱结构单元由六个正三棱柱组件拼设而成。

【技术特征摘要】
1.一种组件型熔盐堆，其特征在于，所述组件型熔盐堆的堆芯包括由内至外同轴排布的一中心反射层、一活性区和一外反射层，所述活性区、所述外反射层均为正六棱柱形，所述活性区围合在所述中心反射层的外部，所述外反射层围合在所述活性区的外部；所述活性区由若干个正六棱柱结构单元组成，该些正六棱柱结构单元在径向上并行排布成蜂窝状结构，在轴向上同轴堆叠成层状结构，每一所述正六棱柱结构单元由六个正三棱柱组件拼设而成。2.如权利要求1所述的组件型熔盐堆，其特征在于，所述中心反射层由若干个六棱柱形石墨柱围合而成，所述的六棱柱形石墨柱的个数较佳地为7个；位于所述中心反射层的正中心处的六棱柱形石墨柱的结构较佳地为：其正中心处还开设有一实验通道，所述实验通道为一圆柱孔。3.如权利要求1所述的组件型熔盐堆，其特征在于，所述外反射层由若干个六棱柱形石墨柱围合而成，所述的六棱柱形石墨柱的个数较佳地为138个。4.如权利要求1所述的组件型熔盐堆，其特征在于，所述正三棱柱组件为正三棱柱燃料组件或者正三棱柱控制棒通道组件；所述正六棱柱结构单元的结构包括两种：结构一：6个正三棱柱燃料组件；结构二：5个正三棱柱燃料组件+1个正三棱柱控制棒通道组件；所述活性区的总高度为2～10m；较佳地，所述活性区从径向上由5～15层正六棱柱结构单元由内至外围合而成，每一层均含有结构一和结构二，所述结构一构成所述活性区的主体部分，所述结构二构成所述活性区的6条六等分线，并将所述活性区的横截面沿六棱柱的六条边等分为6个扇形区域。5.如权利要求4所述的组件型熔盐堆，其特征在于，所述活性区从径向上由9层正六棱柱结构单元由内至外围合而成；所述活性区在轴向上由6层正六棱柱结构单元组成，每层由250个所述结构一和54个所述结构二组
\t成。6.如权利要求5所述的组件型熔盐堆，其特征在于，所述正三棱柱燃料组件由正三棱柱包壳和球形燃料元件组成，所述球形燃料元件堆放于所述正三棱柱包壳的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛春，朱智勇，张海青，林俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31