[發明專利]熔鹽反應堆中的化學優化

有效

• 申請號: 201580014763.4
• 申請日: 2015-02-19
• 公開（公告）號: CN106133844B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 伊恩·理查德·斯科特
• 申請（專利權）人: 伊恩·理查德·斯科特
• 主分類號: G21C3/04
• 分類號: G21C3/04;G21C3/07;G21C17/022;G21C1/03;G21C15/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 吳勝周

技術領域

本發明涉及用于裂變反應堆(fission reactor)的熔鹽燃料(molten salt fuel)的化學優化(chemical optimisation)。

背景

使用熔融鹵化物鹽形式的裂變燃料的核裂變反應堆與固體燃料反應堆相比具有許多優點，但是通常遇到由于隨著裂變產物累積和鹵素從錒系元素三或四鹵化物燃料中的凈釋放發生，在運行期間熔融燃料鹽的化學組成的連續變化所致的問題。熔鹽反應堆的大多數設計在燃料循環中結合連續化學處理過程以應付該問題，然而這么做涉及將復雜的化學工程系統添加到高度放射性環境中。

在GB 2508537中描述了簡單得多的熔鹽反應堆的設計，其中將燃料鹽容納在靜止管中，在該靜止管中對流或其他混合過程允許熱量以對于反應堆來說足夠的速率從燃料鹽傳給管壁以具有實際能量產生。這樣的靜止燃料管不允許燃料鹽的化學性質的連續主動調節。在GB 2508537中，提議了在燃料鹽中或在燃料管上包含金屬如鈮、鈦或鎳將會在清除在裂變期間釋放的過量鹵素方面有用，但是沒有進行具體提議用于控制裂變產物的有害影響。

概述

根據本發明的一個方面，提供了犧牲金屬(sacrificial metal)在熔鹽裂變燃料的核裂變反應堆中的用途，所述用途為了控制從所述熔鹽釋放的揮發性碘化合物的水平，其中所述犧牲金屬是鋯、釩、鉻和銀中的一種或任意的組合。

根據本發明的另一個方面，提供了一種管理(控制或解決，manage)在裂變反應堆中的氣體產生的方法，所述裂變反應堆包括容納熔鹽裂變燃料的燃料管。所述方法包括使所述熔鹽連續地與犧牲金屬接觸，對所述犧牲金屬進行選擇以便控制從所述熔鹽釋放的揮發性碘化合物的水平，其中所述犧牲金屬是鋯、釩、鉻和銀中的一種或任意的組合。

其他方面在權利要求2及后續等等中提出。

附圖簡述

現在將通過僅示例的方式并且參照附圖來描述一些優選的實施方案，其中：

圖1示出了容納熔融燃料鹽的燃料管的實例；

圖2a、2b和2c示出了用于允許裂變氣體從燃料管排放的三種方法的實例。

詳細描述

已經進行了將犧牲金屬結合到燃料鹽或燃料管中的效果的系統分析，結果是鑒別了用于此目的的特別有效的金屬。三個因素決定(支配，dictate)了任何具體犧牲金屬的適合性。這些是

·維持低氧化還原態并且因此維持低金屬腐蝕能力以及如由熔鹽中的三價錒系元素與四價錒系元素的高比率指示的低濃度的錒系元素四鹵化物，同時在接近該鹽混合物的沸點的溫度沒有將錒系元素(通常為鈾)鹵化物還原為金屬形式。

·化學地結合熔鹽中的潛在揮發性裂變產物并且防止它們進入所述鹽上方的氣相。特別重要的是將揮發性碘化合物(尤其是TeI₂)減到最少。

·將反應性碲轉化為穩定的碲化物以防止碲誘發的與所述熔鹽接觸的金屬(尤其是鎳合金)的脆化。

已經使用軟件程序HSC Chemistry 7進行了這三個因素的熱力學計算。結果在表1中示出。

熱力學計算的參數為如下。犧牲金屬以與其他反應物相比過量的單獨的純金屬相提供。

鹽組成，以摩爾為單位：

這代表接近其在快速光譜核反應堆中的使用壽命末期的典型燃料鹽。已經排除了第1和2族金屬、鑭系元素、貴金屬和稀有氣體(惰性氣體，noble gasses)，因為它們被證實對所涉及的化學沒有影響。在600℃確定氣體組成并且鈾在1500℃還原為金屬。

表1的考查表明，在揮發性物種的控制不重要的情況下，鋯、鈦、鈮、釩、鋅、鉻、銀和錳適合作為犧牲金屬以控制氧化還原態同時不產生鈾金屬。

此外，在危險揮發性物種如碘的控制重要的情況下，則僅鋯、鈦、釩、鉻和銀是可用的。除釩之外，這些相同的金屬在控制碲水平方面也是有效的。