[發明專利]一種石墨球慢化熔鹽堆

有效

• 申請號: 202010644915.1
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111739665B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 張海青;王鵬;曹長青;張鋒;李子威;嚴超;林俊;朱智勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G21C5/12
• 分類號: G21C5/12;G21C3/54
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發明涉及一種石墨球慢化熔鹽堆，其包括容納于包殼中的反射層，該反射層限定活性區，活性區包括第一區域和第二區域，液態燃料熔鹽自下而上流動充滿第一區域和第二區域，起到慢化作用的多個石墨球僅堆積在第一區域中。根據本發明的石墨球慢化熔鹽堆，使用液態熔鹽作為燃料，石墨球作為慢化劑，其一方面繼承了熔鹽堆的優點，降低了換料成本和技術難度，另一方面簡化了制作過程，因為石墨球形狀簡單，制作設備小型化，入堆和出堆更加靈活，操作技術難度也大大下降。

技術領域

本發明涉及核反應堆，更具體地涉及一種石墨球慢化熔鹽堆。

背景技術

第四代核反應堆共有六種堆型：氣冷快堆(GFR)、鉛冷快堆(LFR)、熔鹽堆(MSR)、鈉冷快堆(SFR)、超臨界水冷堆(SCWR)、超高溫氣冷堆(VHTR)。熔鹽堆作為六種堆型之一，其在固有安全、核燃料循環、小型化、核資源的有效利用和防止核擴散等方面有其突出的優點。其中包括使用熔鹽作為冷卻劑的美國橡樹嶺國家實驗室的先進高溫堆(AHTR)，UC伯克利的球床先進高溫堆(PB-AHTR)，以及使用熔鹽作為燃料的MSRE、MSBR，和2011年中國科學院啟動的釷基熔鹽堆核能系統(TMSR)先導專項提出的釷基熔鹽堆等。

在換料方面，AHTR使用的是直徑1.244cm的燃料棒，直接插入在石墨基體中，由于燃料棒數量巨大，換料成本較高。PB-AHTR采用的在線換料是通過燃料球在熔鹽中的流動實現的，因為無法控制燃料球在堆芯中的位置，所以在換料前需要逐個測量球的燃耗，而且單球逐個換料的方式機構復雜，不利于反應堆的安全運行。

在慢化方面，MSRE采用四棱柱體堆芯石墨組件，側面開田徑場型凹槽作為燃料鹽流道，MSBR采用與MSRE類似的四棱柱石墨組件，不同的是除了外圍的矩形熔鹽流道外，石墨柱中心還有圓形的熔鹽流道。這兩種反應堆均采用的四棱柱石墨棒，體積龐大，制作技術要求較高，同時入堆和出堆的技術難度要求也比較高。

發明內容

為了解決現有技術中的換料難度大且制作難度高等問題，本發明提供一種石墨球慢化熔鹽堆。

根據本發明的石墨球慢化熔鹽堆，其包括容納于包殼中的反射層，該反射層限定活性區，活性區包括第一區域和第二區域，液態燃料熔鹽自下而上流動充滿第一區域和第二區域，起到慢化作用的多個石墨球僅漂浮在第一區域中。

優選地，該液態燃料熔鹽為包含裂變和可裂變核素²³²Th和/或²³³U的氟鹽或氯鹽體系的燃料鹽。特別地，其中²³²Th和/或²³³U的含量及²³³U的豐度視堆芯的具體功率而定。例如²³³U的豐度范圍由0.71％到國家允許的范圍。

優選地，該氟鹽體系包括LiF-BeF₂-ThF₄-UF₄、LiF-CaF₂-ThF₄-UF₄、LiF-NaF-KF-ThF₄-UF₄、LiF-BeF₂-UF₄、LiF-CaF₂-UF₄、LiF-NaF-KF-UF₄等。更優選地，該氟鹽體系中的UF₄摩爾百分比(mol％)大于0.01。

優選地，該氯鹽體系包括LiCl-BeCl₂-ThCl₄-UCl₄、LiCl-CaCl₂-ThCl₄-UCl₄、LiCl-NaCl-KCl-ThCl₄-UCl₄等。

優選地，多個石墨球中的每一個具有基本相同的外徑。