專(zhuān)利名稱(chēng):一種新型釷基反應(yīng)堆裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核能發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及了一種新型釷基反應(yīng)堆裝置。
背景技術(shù)：
目前，能源問(wèn)題是人們最關(guān)注的問(wèn)題之一，隨著我國(guó)核能事業(yè)的快速發(fā)展，鈾供應(yīng)日趨緊張。我國(guó)是一個(gè)鈾資源比較貧乏，而釷資源比較豐富的國(guó)家。以釷為燃料的反應(yīng)堆，產(chǎn)生較少的具有高毒性和長(zhǎng)壽命的放射性次錒系核素(MA)。以鈾為燃料且裝機(jī)容量為
IGW的核電站年卸出乏燃料量約為25 t。其中含有可循環(huán)利用的鈾約23. 75 t，钚約200kg，中短壽命的裂變產(chǎn)物(FPs)約1000 kg ;含有次錒系核素(MAs)約18 kg，長(zhǎng)命裂變產(chǎn)物(LLFPs)約30 kg。這些核廢物壽命長(zhǎng)放射毒性大，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境構(gòu)成長(zhǎng)期危害。尤其是2011年3月11日，日本福島核電事故的發(fā)生，向四周產(chǎn)生了高濃度放射性物質(zhì)，更是將核能的安全性推向了至關(guān)重要的位置。
ADS是加速器驅(qū)動(dòng)次臨界潔凈核能系統(tǒng)(Accelerator Driven Sub-criticalSystem)的縮寫(xiě)，利用加速器加速的高能質(zhì)子與重靶核(如鉛)發(fā)生散裂反應(yīng)，一個(gè)質(zhì)子引起的散裂反應(yīng)可產(chǎn)生幾十個(gè)中子，用散裂反應(yīng)產(chǎn)生的中子作為中子源來(lái)驅(qū)動(dòng)次臨界包層系統(tǒng)，使次臨界包層系統(tǒng)維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以便得到能量和利用多余的中子增殖核材料和嬗變核廢物。和常規(guī)的反應(yīng)堆相比，ADS驅(qū)動(dòng)堆具有更好的安全性、防核擴(kuò)散的能力、燃料增值和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。但是目前ADS所使用的燃料主要是鈾和MOX燃料，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)使用釷燃料的反應(yīng)堆裝置。另外ADS的安全控制也單純靠切斷加速器的電源來(lái)進(jìn)行控制。因此ADS在燃料增值和安全性方面還需要進(jìn)一步的研究和改善。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，為實(shí)現(xiàn)釷燃料的增值，本發(fā)明提供了一種新型釷基反應(yīng)堆裝置。
一種新型釷基反應(yīng)堆裝置包括中子產(chǎn)生裝置、堆芯分區(qū)裝置、安全控制裝置和鉛；中子產(chǎn)生裝置包括真空質(zhì)子窗口和加速器；堆芯分區(qū)裝置包括鉛質(zhì)靶核區(qū)、釷燃料區(qū)、鈾燃料區(qū)、反射層、屏蔽層、導(dǎo)向管；安全控制裝置為控制棒；
該裝置在主筒倉(cāng)內(nèi)設(shè)置一個(gè)U形主管道，U形主管道兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)隔板，其中U形主管道與隔板間為熱氣體通道，隔板與主筒倉(cāng)之間為冷卻氣體通道;u形主管道的外壁為一層保護(hù)殼；在U形主管道所構(gòu)成的腔體中部設(shè)置一個(gè)圓柱形的鉛質(zhì)靶核區(qū)；在鉛質(zhì)靶核區(qū)的外側(cè)設(shè)置一個(gè)外邊為正六邊形的釷燃料區(qū)，并將鉛質(zhì)靶核區(qū)緊密包裹；在釷燃料區(qū)的外側(cè)，設(shè)置一個(gè)外邊為正六邊形的鈾燃料區(qū)，并將釷燃料區(qū)緊密包裹；在鈾燃料區(qū)的外側(cè)設(shè)置一個(gè)外邊為圓形的反射層，并將鈾燃料區(qū)緊密包裹；在反射層的外側(cè)設(shè)置一個(gè)圓筒形的屏蔽層，并將反射層緊密包裹；
鉛質(zhì)靶核區(qū)與其上方的真空質(zhì)子窗口通過(guò)管道相連，真空質(zhì)子窗口與腔體外的加速器通過(guò)管道相連；在鈾燃料區(qū)上均勻設(shè)置多個(gè)導(dǎo)向管，控制棒放置于導(dǎo)向管中；在反射層上設(shè)置一個(gè)圓筒形的隔熱層，在隔熱層上部外側(cè)設(shè)置一個(gè)圓筒形的熱交換器；熱交換器上設(shè)置水蒸氣導(dǎo)管，其上端位于腔體外。
反射層采用聚乙烯材料，屏蔽層采用硼聚乙烯材料。
本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了釷燃料的增值，從而能夠解決我國(guó)鈾資源短缺的問(wèn)題。使用釷燃料產(chǎn)生的放射性物質(zhì)更少，減少了核廢物對(duì)人體和環(huán)境危害的影響，以及緩解了核廢物處理問(wèn)題。由于堆芯還使用了鈾燃料，可以為釷燃料提供中子，也能減小加速器的工作負(fù)荷量。另外本發(fā)明還可以通過(guò)控制棒來(lái)進(jìn)行控制，提高了反應(yīng)堆的安全性。


圖I為一種新型釷基反應(yīng)堆裝置的正視圖。
·[0012]圖2為一種新型釷基反應(yīng)堆裝置的俯視圖。
圖中標(biāo)號(hào)1_鉛質(zhì)靶核區(qū)；2_釷燃料區(qū)；3_鈾燃料區(qū)；4_冷液鉛或鉛鉍下降流；5-冷卻氣體通道；6_質(zhì)子束；7_熱交換器；8_液鉛或鉛鉍水平線(xiàn)；9_真空質(zhì)子窗口 ；10_水蒸氣導(dǎo)管；11-主筒倉(cāng)；12-熱氣體通道；13-保護(hù)殼；14-U形主管道；15-隔熱層；16_熱液鉛或鉛鉍上升流；17_控制棒；18-加速器；19_反射層；20_屏蔽層；21_導(dǎo)向管。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種新型釷基反應(yīng)堆裝置，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
一種新型釷基反應(yīng)堆裝置包括中子產(chǎn)生裝置、堆芯分區(qū)裝置、安全控制裝置和鉛；中子產(chǎn)生裝置包括真空質(zhì)子窗口 9和加速器18 ;堆芯分區(qū)裝置包括鉛質(zhì)靶核區(qū)I、釷燃料區(qū)
2、鈾燃料區(qū)3、反射層19、屏蔽層20、導(dǎo)向管21 ;安全控制裝置為控制棒17 ；
該裝置在主筒倉(cāng)11內(nèi)設(shè)置一個(gè)U形主管道14，U形主管道14兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)隔板，其中U形主管道14與隔板間為熱氣體通道12，隔板與主筒倉(cāng)11之間為冷卻氣體通道5 ；U形主管道14的外壁為一層保護(hù)殼13 ;在U形主管道14所構(gòu)成的腔體中部設(shè)置一個(gè)圓柱形的鉛質(zhì)靶核區(qū)I ;在鉛質(zhì)靶核區(qū)I的外側(cè)設(shè)置一個(gè)外邊為正六邊形的釷燃料區(qū)2，并將鉛質(zhì)靶核區(qū)I緊密包裹；在釷燃料區(qū)2的外側(cè)，設(shè)置一個(gè)外邊為正六邊形的鈾燃料區(qū)3，并將釷燃料區(qū)2緊密包裹；在鈾燃料區(qū)3的外側(cè)設(shè)置一個(gè)外邊為圓形的反射層19，并將鈾燃料區(qū)3緊密包裹；在反射層19的外側(cè)設(shè)置一個(gè)圓筒形的屏蔽層20，并將反射層19緊密包裹;
鉛質(zhì)靶核區(qū)I與其上方的真空質(zhì)子窗口 9通過(guò)管道相連，真空質(zhì)子窗口 9與腔體外的加速器18通過(guò)管道相連；在鈾燃料區(qū)3上均勻設(shè)置多個(gè)導(dǎo)向管21，控制棒17放置于導(dǎo)向管中；在反射層19上設(shè)置一個(gè)圓筒形的隔熱層15，在隔熱層15上部外側(cè)設(shè)置一個(gè)圓筒形的熱交換器7 ;熱交換器7上設(shè)置水蒸氣導(dǎo)管10，其上端位于腔體外。
反射層19采用聚乙烯材料，屏蔽層20采用硼聚乙烯材料。
如圖I所示，通過(guò)加速器18產(chǎn)生高能質(zhì)子，質(zhì)子通過(guò)真空質(zhì)子窗口 9轟擊鉛質(zhì)靶核區(qū)I產(chǎn)生中子。中子進(jìn)入堆芯分區(qū)裝置，如圖2所示，堆芯分區(qū)裝置的釷燃料區(qū)2吸收中子實(shí)現(xiàn)燃料增值，鈾燃料區(qū)3吸收中子，發(fā)生裂變產(chǎn)生能量和中子。液鉛或液鉛鉍經(jīng)過(guò)堆芯吸收熱量，進(jìn)入熱交換器7，產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣沿水蒸氣導(dǎo)管10將熱量帶出堆芯進(jìn)入到后面回路進(jìn)行熱能發(fā)電。該裝置可通過(guò)加速器18和控制棒17對(duì)反應(yīng)堆同時(shí)進(jìn)行控制，提高了反應(yīng)堆的安全性。
堆芯分區(qū)裝置從內(nèi)至外包括5個(gè)區(qū)域最中間為鉛質(zhì)靶核區(qū)I ;第二區(qū)為釷燃料區(qū)2即快區(qū)；第三區(qū)為鈾燃料區(qū)3即熱區(qū)和導(dǎo)向管21 ;第四區(qū)為反射層19 ;第五區(qū)為屏蔽層20。釷燃料區(qū)2的232Th吸收鉛質(zhì)靶核區(qū)I產(chǎn)生的中子進(jìn)行多次衰變產(chǎn)生并積累易裂變核素233U,當(dāng)233U積累到一定量的時(shí)候，會(huì)發(fā)生裂變并維持自持裂變。同時(shí)一部分快中子經(jīng)過(guò)釷燃料區(qū)2變成熱中子，進(jìn)入到鈾燃料區(qū)3，235U吸收中子開(kāi)始裂變產(chǎn)生能量和中子。所產(chǎn)生的中子不僅可以來(lái)維持自持裂變，而且可以為釷燃料提高中子進(jìn)行增值，使加速器18工作負(fù)荷量減小。為了提高中子效率和減少輻射損傷，在堆芯分別增加了反射層19和屏蔽層20。
中子產(chǎn)生裝置和堆芯分區(qū)裝置共同作用所產(chǎn)生的熱能，由液鉛或液鉛鉍流入堆芯分區(qū)裝置來(lái)吸收，產(chǎn)生熱液鉛或鉛鉍上升流16，流到熱交換器7進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生冷液鉛或鉛鉍下降流4又流入堆芯分區(qū)裝置進(jìn)行循環(huán)，同時(shí)產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣沿水蒸氣導(dǎo)管10將·熱量帶出堆芯進(jìn)入到后面回路進(jìn)行熱能發(fā)電。為了提高熱交換效率，在熱液鉛或鉛鉍上升流16和冷液鉛或鉛鉍下降流4之間增加了隔熱層15。為了保護(hù)U形主管道14和保護(hù)殼13因溫度過(guò)高而受損，增加了冷卻氣體通道5，用來(lái)進(jìn)行冷卻，冷氣體受熱后進(jìn)入到熱氣體通道12。主筒倉(cāng)11用來(lái)支撐整個(gè)堆芯。
可以通過(guò)加速器18對(duì)本裝置進(jìn)行控制，切斷加速器18電源，可使其不能產(chǎn)生中子。為了使堆芯分區(qū)裝置更加安全，還加入了控制棒17進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.ー種新型釷基反應(yīng)堆裝置，其特征在于所述新型釷基反應(yīng)堆裝置包括中子產(chǎn)生裝置、堆芯分區(qū)裝置、安全控制裝置和鉛；中子產(chǎn)生裝置包括真空質(zhì)子窗ロ(9)和加速器(18);堆芯分區(qū)裝置包括鉛質(zhì)靶核區(qū)(I)、釷燃料區(qū)(2)、鈾燃料區(qū)(3)、反射層(19)、屏蔽層(20)、導(dǎo)向管(21);安全控制裝置為控制棒(17)； 所述新型釷基反應(yīng)堆裝置在主筒倉(cāng)(11)內(nèi)設(shè)置ー個(gè)U形主管道(14)，U形主管道(14)兩側(cè)分別設(shè)置ー個(gè)隔板，其中U形主管道(14)與隔板間為熱氣體通道(12)，隔板與主筒倉(cāng)(11)之間為冷卻氣體通道(5) ;U形主管道(14)的外壁為ー層保護(hù)殼(13);在じ形主管道(14)所構(gòu)成的腔體中部設(shè)置ー個(gè)圓柱形的鉛質(zhì)靶核區(qū)(I);在鉛質(zhì)靶核區(qū)(I)的外側(cè)設(shè)置ー個(gè)外邊為正六邊形的釷燃料區(qū)(2)，并將鉛質(zhì)靶核區(qū)(I)緊密包裹；在釷燃料區(qū)(2)的外偵牝設(shè)置ー個(gè)外邊為正六邊形的鈾燃料區(qū)(3)，并將釷燃料區(qū)(2)緊密包裹；在鈾燃料區(qū)(3)的外側(cè)設(shè)置一個(gè)外邊為圓形的反射層(19)，并將鈾燃料區(qū)(3)緊密包裏；在反射層(19)的外側(cè)設(shè)置ー個(gè)圓筒形的屏蔽層(20)，并將反射層(19)緊密包裹； 所述鉛質(zhì)靶核區(qū)(I)與其上方的真空質(zhì)子窗ロ(9)通過(guò)管道相連，真空質(zhì)子窗ロ(9)與腔體外的加速器(18)通過(guò)管道相連；在鈾燃料區(qū)(3)上均勻設(shè)置多個(gè)導(dǎo)向管(21)，控制棒(17)放置于導(dǎo)向管中；在反射層(19)上設(shè)置ー個(gè)圓筒形的隔熱層(15)，在隔熱層(15)上部外側(cè)設(shè)置ー個(gè)圓筒形的熱交換器(7);熱交換器(7)上設(shè)置水蒸氣導(dǎo)管(10)，其上端位于腔體外。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種新型釷基反應(yīng)堆裝置，其特征在于所述反射層(19)采用聚こ烯材料，屏蔽層(20)采用硼聚こ烯材料。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明屬于核能發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及了一種新型釷基反應(yīng)堆裝置。該裝置包括了中子產(chǎn)生裝置、堆芯分區(qū)裝置和安全控制裝置三個(gè)部分。依靠加速器產(chǎn)生質(zhì)子來(lái)轟擊鉛質(zhì)靶核產(chǎn)生中子，232Th吸收中子后進(jìn)行衰變產(chǎn)生并積累易裂變核素233U，當(dāng)233U的量積累到一定的量后會(huì)發(fā)生裂變。同時(shí)235U吸收經(jīng)過(guò)釷燃料區(qū)的中子進(jìn)行裂變，產(chǎn)生能量和中子。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)釷燃料增值，從而解決我國(guó)核資源短缺的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了釷燃料的增值，使用釷燃料產(chǎn)生的放射性物質(zhì)更少。由于堆芯還使用了鈾燃料，可以為釷燃料提供中子，也能減小加速器的工作負(fù)荷量。另外本發(fā)明還可以通過(guò)控制棒來(lái)進(jìn)行控制，提高了反應(yīng)堆的安全性。
文檔編號(hào)G21C5/20GKCN102789821SQ201210196918
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年6月14日
發(fā)明者侯周森, 劉夢(mèng)影, 周濤, 程萬(wàn)旭, 陳娟 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan