[發明專利]一種熔鹽堆氚輸運特性耦合計算方法

有效

• 申請號: 201811375057.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109522510B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 秦浩;秋穗正;王成龍;田文喜;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06F17/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種熔鹽堆氚輸運特性耦合計算方法，主要步驟如下：1、獲取熔鹽堆的幾何參數、運行參數以及程序計算參數；2、計算石墨對氚的吸附量限值；3、計算堆芯處氚的產生量、石墨吸附量；4、計算熱管段處氚對鉻的腐蝕量和鉻離子的沉積量；5、計算換熱器處氚對鉻的腐蝕量、鉻離子的沉積量和氚氣滲透量；6、計算冷管段處氚對鉻的腐蝕量和鉻離子的沉積量；7、若當前時間等于熔鹽堆穩態運行時間，則輸出計算結果，否則應返回至第2步，再次計算，直至計算結束。本發明考慮了氚在熔鹽堆中的產生、石墨吸附、腐蝕/沉積和滲透等輸運特性以及中子輻照對石墨吸附能力的影響，從而可以得出熔鹽堆中氚的產生量、吸附量和滲透量，為熔鹽堆的輻射防護提供參考。

技術領域

本發明涉及核反應堆安全領域，具體涉及一種熔鹽堆氚輸運特性耦合計算方法。

背景技術

氚(T)是熔鹽堆的固有產物，FLiBe中的Li⁺與中子反應后產生大量的氚，這些氚主要以氟化氚(TF)和氚氣(T₂)的形式存在，它們分別具有強腐蝕性和較強的擴散滲透能力。氚具有較長的半衰期(12.43年)，且會隨著高溫熔鹽的流動擴散遷移，對金屬管道產生腐蝕和輻照損傷，影響材料的力學性能和使用壽命。以T₂形式存在的氚，在絕大多數金屬及合金材料中有很強的滲透性，它能夠在材料表面裂解成氚原子并進入材料中，這將導致氚在構件中的滯留，引起材料的氫脆和氦脆，并向環境釋放氚氣。熔鹽堆中的氚氣如果釋放到大氣，就會很快轉變成放射性危害比氚氣(T₂)高約25000倍的氚水(HTO)，而HTO極易通過呼吸和皮膚滲透進入人體，會均勻分布在除骨骼外的其他地方，對人體造成嚴重的內照射。此外，氚在熔鹽堆堆芯處石墨中的溶解吸附會導致石墨形貌的變化，還會影響堆芯壽命。

熔鹽堆的固有產氚問題已經成為限制熔鹽堆技術發展的關鍵科學問題之一。由于氟鹽冷卻高溫堆在安全性、經濟性、燃料循環特性、應用范圍上具有獨特的優勢，中國和美國均正在大量開展關于氟鹽冷卻高溫堆的研究。但氟鹽冷卻高溫堆的提出只有十幾年歷史，整體研究還處于概念設計與基礎理論及實驗研究階段，很多關鍵技術問題及安全審評基礎方法還有待于探索和研究。因此，開展氟鹽冷卻高溫堆的研究工作，揭示氚在熔鹽堆中的輸運特性具有重要意義。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種熔鹽堆氚輸運特性耦合計算方法，該方法考慮熔鹽堆內中子輻照對于石墨吸附氚的影響，針對氚在氟鹽冷卻高溫堆一回路中的輸運特性，計算氚在堆芯內的產生、石墨吸附，熱管段和冷管段的腐蝕及沉積，換熱器中的滲透和腐蝕、沉積等，由質量守恒方程獲得氚的產生量、結構材料的腐蝕量以及透過換熱管壁的滲透量；本方法可為熔鹽堆中氚控安全設施的設計提供參考。

為了實現上述目的，本發明采取了以下技術方案予以實施：

一種熔鹽堆氚輸運特性耦合計算方法，步驟如下：

符號說明：上標N表示整個計算回路中的第N個控制體，下標graphite表示石墨，下標deposition表示Cr²⁺的沉積，下標corrosion表示Cr的腐蝕；上標hot leg表示熱管段，上標cold leg表示冷管段，上標HX表示換熱器；

步驟1：獲取熔鹽堆的幾何參數和運行參數以及程序計算參數，幾何參數包括熔鹽堆堆芯處冷卻劑與石墨的總接觸面積、熱管段內側表面積、冷管段內側表面積和換熱器與冷卻劑的總接觸面積，堆芯、熱管段、換熱器、冷管段內冷卻劑的體積；運行參數包括熔鹽堆堆芯入口冷卻劑溫度、堆芯出口冷卻劑溫度、熔鹽堆運行壓力、石墨溫度、冷卻劑流速、冷卻劑壓力、給定溫度下熔鹽中Li-6、Li-7和Be-9的初始核子數密度、堆芯中子通量密度，石墨吸附系數、Cr²⁺沉積系數、Cr腐蝕系數、T₂滲透系數和Cr²⁺的平衡濃度值，氚生成后對于T⁺和T₂的分配比例；程序計算參數包括熔鹽堆穩態運行時間、時間步長，堆芯、熱管段、換熱器和冷管段劃分的控制體數；