[實用新型]堆芯結構及熔鹽球床堆

有效

• 申請號: 201822053577.5
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN209496626U
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 嚴睿;鄒楊;于世和;楊璞;周波;冀銳敏;劉亞芬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G21C1/22
• 分類號: G21C1/22;G21C3/20;G21C3/07;G21C15/14;G21C7/10
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;王衛彬

本實用新型公開一種堆芯結構及熔鹽球床堆。該堆芯結構的活性區設有位于底部的進料口及位于頂部的出料口，活性區中的燃料球的密度小于活性區中熔鹽的密度，活性區能夠容納的燃料裝載量大于預設的滿功率運行天數的燃料裝載量。該堆芯結構，能夠實現燃料球在壽期末整體卸載，無須實現在線換料功能的部件，故可使得裝置簡單，且壽期末整體卸載后的燃料球無須一個個地處理，而是直接進入乏燃料處理系統，故會減小放射性，增加裝置可靠性，且使得燃料球凈化變得簡單；該堆芯結構也可使得燃料管理與堆芯裝載方法具有調節余地，且保證了運行目標。

技術領域

本實用新型涉及一種堆芯結構及熔鹽球床堆。

背景技術

基于本世紀初對第四代核能系統的可持續性、經濟性、安全性、可靠性和防核擴散等需求，氟鹽冷卻高溫堆作為先進反應堆概念提出。氟鹽的概念源于美國20世紀50至70年代橡樹嶺實驗室(ORNL)設計建造的ARE(Aircraft Reactor Experiment)，MSRE(MoltenSalt Reactor Experiment)，MSBR(Molten Salt Breeder Reactor)，DMSR(DenaturedMolten Salt Reactor)等液態氟鹽燃料熔鹽實驗堆，但由于該實驗堆中氟鹽與燃料完全混合在一起，故存在液態燃料在線處理復雜、結構材料的高溫輻照、成本高等因素，因而難以在短時間內實現商業化。

為此，2001年起，美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)、桑地亞國家實驗室(SNL)和加州大學伯克利分校(UCB)共同發展了氟鹽作為冷卻劑(不含燃料)的2400MW Prism-AHTR(棱柱型先進高溫反應堆)先進高溫堆的概念設計，其主回路冷卻劑熔鹽為2LiF-BeF2，使用10.36％富集度的UCO(碳氧化鈾)燃料包覆顆粒燃料制成石墨棱柱組件，出口溫度達到1000℃。2005年，ORNL、SNL和UCB又推出2400MW Liquid-Salt-Cooled very high-temperaturereactor,LS-VHTR(液態熔鹽超高溫反應堆)，主回路冷卻劑熔鹽為2LiF-BeF2，用包覆顆粒燃料制成棒型燃料組件，出口溫度達到1000℃。2006年，威斯康辛大學和法國阿海琺核電公司提出球床-AHTR和棒型-AHTR的初步概念，并對衰變熱排出系統進行了改進，用“池式輔助冷卻系統+直接輔助冷卻系統”取代先前的“堆容器輔助冷卻系統”等。2006年到2008年，UCB提出2400MW一體化設計和900MW模塊化兩種對球床先進高溫堆PB-AHTR設計，設計中均使用2LiF-BeF2冷卻劑和含有UO2、UC或者UC0.5O1.5包覆燃料顆粒制作燃料球元件。2010到2011年期間，ORNL又設計了3400MW和125MW板型氟鹽冷卻高溫堆的設計工作，仍然采用包覆顆粒燃料，制成板型燃料元件，充分利用熔鹽優異的傳熱性質，提高堆芯比功率。2011年，美國能源部集結MIT、UCB、Wisconsin、ORNL、INL、Westinghouse(依次為：麻省理工學院、加州大學伯克利分校、威斯康星大學、橡樹嶺國家實驗室、愛達荷國家實驗室、西屋公司)等啟動AHTR前期研究計劃，然后于2012年成立IRP(綜合研究項目)，并將AHTR的定義正式更名為氟鹽冷卻高溫堆(FHRs)，Fluoride salt-cooled High temperature Reactors，并將FLiBe(即2LiF-BeF₂)鹽作為基準熔鹽。

我國于2011年在中國科學院開始了釷基熔鹽堆TMSR戰略先導專項，著手進行熔鹽堆的設計，其目標為分別建成固態(FHRs概念)和液態燃料熔鹽堆。2012年中國科學院在IRP第四次研討會上提出2MW規則球床型氟鹽冷卻高溫堆FHRs的概念設計。