[發(fā)明專利]一種熔鹽反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110745696.0
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113658722A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田健;胡思勤;周翀;鄒楊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號: G21C5/02
• 分類號: G21C5/02;G21C3/54
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 王衛(wèi)彬;鄒玲

本發(fā)明公開了一種熔鹽反應(yīng)堆堆芯，其包括熔鹽反應(yīng)堆堆芯本體，其中，堆芯進口的中軸線與水平面的夾角為1°～5°，堆芯進口與堆芯容器連接處的切線與堆芯進口的中軸線所成的夾角為10°～30°；熔鹽反應(yīng)堆堆芯還包括至少一個堆芯環(huán)形孔板、堆芯第一孔板和堆芯填充體，堆芯環(huán)形孔板套設(shè)于堆芯活性區(qū)通道外側(cè)，與堆芯下降環(huán)腔的環(huán)隙匹配；堆芯第一孔板設(shè)置于堆芯活性區(qū)通道底部，堆芯第一孔板上開設(shè)有與堆芯活性區(qū)通道中的孔道位置相同的通孔；堆芯填充體與堆芯容器的下封頭的結(jié)構(gòu)匹配，用于填充堆芯下腔室。本發(fā)明的熔鹽反應(yīng)堆堆芯中，進入下腔室的熔鹽的流量在周向上最大與最小偏差在10％以內(nèi)，堆芯通道流量與功率分布偏差降至10％以內(nèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熔鹽反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，液態(tài)燃料熔鹽核反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)如圖1所示，流體區(qū)域包括堆芯進口(1)，堆芯下降環(huán)腔(2)、堆芯下腔室(3)、堆芯活性區(qū)并聯(lián)多通道，簡稱為堆芯活性區(qū)通道(4)、堆芯上腔室(5)、堆芯出口(6)和堆芯容器(7)，其中，堆芯進口(1)位于堆芯容器(7)的側(cè)壁上，堆芯出口(6)位于堆芯上腔室(5)的頂部，堆芯下腔室(3)的上部邊緣與堆芯下降環(huán)腔(2)的底部連通；堆芯下降環(huán)腔(2)為環(huán)形腔室結(jié)構(gòu)，堆芯下腔室(3)為半(橢)球形腔室結(jié)構(gòu)，堆芯上腔室(5)為半(橢)球形腔室結(jié)構(gòu)；堆芯活性區(qū)通道(4)為在堆芯石墨(8)上開孔(槽)形成的規(guī)則分布的若干軸向并聯(lián)直通道，通道上下分別與堆芯上腔室(5)和堆芯下腔室(3)連通。

反應(yīng)堆內(nèi)流體為包含燃料鹽和載體鹽的混合熔融鹽，其中燃料鹽熔融于載體鹽中，跟隨載體鹽一起流動，熔鹽流體通過堆芯進口(1)進入堆芯下降環(huán)腔(2)后自上而下流動，直至堆芯下腔室(3)頂部邊緣，進入堆芯下腔室(3)后熔鹽完成交混，然后進入堆芯活性區(qū)通道(4)，在通道內(nèi)釋放裂變能后進入堆芯上腔室(5)，然后從堆芯上腔室(5)頂部的堆芯出口(6)流出，從而實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。

由于液態(tài)燃料核反應(yīng)堆本身的特點，在整個反應(yīng)堆壽期內(nèi)，堆芯活性區(qū)燃料功率呈中心區(qū)域高、徑向方向上逐漸降低的分布形態(tài)，因此在進入堆芯活性區(qū)前，調(diào)整液態(tài)燃料的流量分布形式具有重要的意義，因為液態(tài)燃料的流量分布形式直接決定了堆芯熱點位置和熱管因子的大小，從而直接關(guān)系到整個反應(yīng)堆的安全。

實際上，對于堆芯進口(1)數(shù)量有限(一般為單進口或雙進口)，并且?guī)в卸研鞠陆淡h(huán)腔(2)的液態(tài)燃料熔鹽核反應(yīng)堆，熔鹽作為燃料且?guī)в袩嵩矗谶M入堆芯下降環(huán)腔(2)后，在向下流動過程中熔鹽的周向分布很不均勻，使得流體以不均勻的分布進入堆芯下腔室(3)內(nèi)，從而導(dǎo)致堆芯下腔室(3)內(nèi)大量旋渦的產(chǎn)生，并導(dǎo)致進入堆芯活性區(qū)通道(4)的液態(tài)燃料的流量在周向上也分布不均勻；堆芯下腔室(3)的渦流和堆芯活性區(qū)通道(4)內(nèi)流量的分布不合理不僅會造成流動不穩(wěn)定性，更會導(dǎo)致堆芯局部溫度偏高，影響堆芯材料性能和反應(yīng)堆的安全。因此，在進行反應(yīng)堆設(shè)計時需要考慮進入堆芯活性區(qū)通道(4)的流體的流量分配，以可接受的流量分布進入堆芯活性區(qū)，并對堆芯下腔室(3)內(nèi)的流體的流場進行調(diào)節(jié)，減少流體振動的產(chǎn)生。

美國橡樹嶺國家實驗室在上世紀50年代開展了液態(tài)燃料熔鹽堆堆芯流場和流量分配設(shè)計，但是從測量結(jié)果來看，環(huán)腔內(nèi)流體流量在周向上最大與最小偏差達到100％，最終堆芯流量分配的結(jié)果不夠理想(參見“MSRE DESIGN AND OPERATION REPORT PART I:DESCRIPTION OF REACTOR DESIGN，ORNL_TM_728”)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中帶有環(huán)腔，并且進口位于下降環(huán)腔側(cè)壁的熔鹽反應(yīng)堆堆芯中周向流量分布不均勻和徑向功率分布不匹配，尤其是，下腔室內(nèi)的流體產(chǎn)生大量旋渦，進入堆芯活性區(qū)通道的液態(tài)燃料流量差異較大、分配不均勻的缺陷，提供一種熔鹽反應(yīng)堆堆芯。本發(fā)明的熔鹽反應(yīng)堆堆芯中下腔室內(nèi)無明顯旋渦，堆芯活性區(qū)通道的流量分配偏差小于10％，周向上流量偏差小于10％。

本發(fā)明是通過下述方案來解決上述技術(shù)問題的：