[發明專利]集成的熔鹽反應堆

有效

• 申請號: 201380018826.4
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN104205237B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 戴維·勒布朗
• 申請（專利權）人: 陸地能源公司
• 主分類號: G21C1/22
• 分類號: G21C1/22
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 蘇捷,張浴月

技術領域

本公開文本大致涉及核反應堆。特別地，本公開文本涉及熔鹽核反應堆。

背景技術

熔鹽反應堆(MSR)最初是從二十世紀五十年代到二十世紀七十年代開發出來的，但是近年來，世界各國對于這種類型的反應堆越來越感興趣。較老的觀念被重新評估，新的理念得以提出。該種類的的核反應堆與當前的核反應堆相比具有許多優點，這些優點包括可能較低的資本費用、整體安全性、長壽命廢棄物分布以及資源可持續性。

雖然MSR具有優勢，然而也面臨著一些重要的技術挑戰，這些技術挑戰導致難以作出基本的設計決策。首先并且可能最重要的是，是否可以采用中子減速劑或者如何采用中子減速劑。在大多數情況下已經選擇石墨作為減速劑，因為石墨在與MSR中使用的氟化物鹽的接觸性方面表現良好。這些鹽是可裂變和可轉換氟化物(UF4、ThF4、PuF3等)與諸如LiF、BeF2或NaF之類的其他載體鹽的共晶混合物。使用石墨作為MSR的堆芯內的體減速劑具有許多優點。例如，這給出了較軟而且更熱化的中子譜，該譜使得反應堆控制得以改進而且極大地降低了開始的可裂變庫存燃料。而且，在整個MSR的堆芯內使用石墨允許采用已知的減速不足(under-moderated)外帶域，該外帶域起到了中子凈吸收器的作用，并且有助于防止外反應堆容器壁由于中子輻照而損壞。通常建議含有核堆芯的容器由諸如哈氏合金N之類的高鎳合金制成；當然，其他材料也可以。

然而，在MSR的堆芯內(即在MSR的中子流內)使用石墨可能存在重大缺陷。也就是說，石墨將首先收縮，然后隨著石墨暴露于快速中子流它膨脹到超出它的原始體積。可以計算總的快速中子通量的上限，并且MSR運行時不要超過這一限制。這一限制確定了何時石墨將開始膨脹到超過它的原始體積并且可能損壞周圍的石墨元件或反應堆容器本身。因而，在反應堆堆芯內可以使用石墨多長時間直接與局部功率密度相關，從而與石墨所面臨的快速中子流相關。低功率密度堆芯能夠使用相同石墨達數十年。這是諸如英國鎂諾克斯(Magnox)氣冷堆和AGR反應堆之類的許多先前的采用石墨的反應堆的情況。這些反應堆非常龐大并且由于熱水利原因具有較低的功率密度，但是這允許石墨具有非常長的壽命。然而，具有更高的功率密度將使得MSR獲益，因而石墨的壽命就成了一個問題。

科學家和設計MSR的工程師長期以來都面臨重要的設計選擇。第一種選擇是簡單地將反應堆設計得非常大而且功率密度非常低，從而在三十年甚至更長的完整壽命期間無需石墨。因而，人們可以將所有的石墨密封在容器內，并且石墨可以在核電站的設計壽命內保持在容器中。在二十世紀七十年代晚期以及二十世紀八十年代初期橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究中可以發現這種選擇的例子。例如，ORNL?TM7207提出了1000MWe反應堆，這是命名為“三十年一次”的設計，該設計具有直徑和高度幾乎10米的巨大反應堆容器，從而避免需要更換石墨。日本的Kazuo?Furukawa博士后期的許多研究(基于該研究已知的是FUJI系列反應堆設計)也選擇這種具有較大體積、較低功率的核堆芯的路徑。從制造堆芯以及反應堆容器需要的純粹材料量以及堆芯的重量過大的角度來看，這些非常大的堆芯具有很明顯的經濟方面的劣勢。如同本領域技術人員將理解的，這些挑戰提升了周邊的反應堆建筑的成本和復雜度。還應當補充的是，三十年的核電站壽命在二十世紀七十年代被廣為接受，然而以現如今的標準來看該壽命被認為較短。現在期望具有五十或六十年的壽命，而五十或六十年的壽命將意味著更大的堆芯來允許在該壽命期間無需更換石墨。