一種組件型熔鹽堆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組件型熔鹽堆。所述組件型熔鹽堆的堆芯包括由內(nèi)至外同軸排布的一中心反射層、一活性區(qū)和一外反射層，所述活性區(qū)、所述外反射層均為正六棱柱形，所述活性區(qū)圍合在所述中心反射層的外部，所述外反射層圍合在所述活性區(qū)的外部；所述活性區(qū)由若干個(gè)正六棱柱結(jié)構(gòu)單元組成，該些正六棱柱結(jié)構(gòu)單元在徑向上并行排布成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在軸向上同軸堆疊成層狀結(jié)構(gòu)，每一所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由六個(gè)正三棱柱組件拼設(shè)而成。所述組件型熔鹽堆的位置明確，有利于功率分布的控制，同時(shí)可以通過置換組件徑向和軸向的位置，方便裝卸料、簡化換料方式的同時(shí)，使得燃料能夠達(dá)到更高的燃耗，實(shí)現(xiàn)燃料的有效循環(huán)和管理。
【專利說明】
一種組件型熔鹽堆
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種組件型熔鹽堆。
【背景技術(shù)】
[0002]第四代堆共有六種堆型: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)。其中熔鹽堆使用熔鹽作為冷卻劑，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和固有安全性。第四代核能會(huì)議之后，以熔鹽作為冷卻劑的反應(yīng)堆概念設(shè)計(jì)相繼被提出，如橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)高溫堆(AHTR)，UC伯克利的球床先進(jìn)高溫堆(PB-AHTR)，2011年中國科學(xué)院啟動(dòng)的釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(TMSR)先導(dǎo)專項(xiàng)提出的隨機(jī)球床高溫釷基熔鹽堆等。AHTR使用氟鹽作為冷卻劑，以包覆顆粒和SiC基體制作成板狀燃料組件，采用定期停堆換料的方式。中子分析表明，該堆芯在使用9wt%富集度的鈾時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)6個(gè)月兩批次的換料。PB-AHTR是以包含TRISO包覆顆粒的燃料球作為燃料元件，石墨作為反射層，2LiF-BeF2熔鹽作為冷卻劑的球床先進(jìn)高溫堆，燃料球在熔鹽中緩慢流動(dòng)，支持在線換料。
[0003]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(shù)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(dòng)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闊o法控制燃料球在堆芯中的位置，所以在換料前需要逐個(gè)測量球的燃耗，而且單球逐個(gè)換料的方式機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不利于反應(yīng)堆的安全運(yùn)行。隨機(jī)球床高溫釷基熔鹽堆的基本堆型與PB-AHTR相近，也存在燃料球數(shù)量大、在線換料時(shí)安全性差的缺點(diǎn)。
[0004]本申請(qǐng)的發(fā)明人在研究本領(lǐng)域現(xiàn)狀時(shí)發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有的固態(tài)燃料熔鹽堆都只是停留在概念設(shè)計(jì)的階段，目前沒有一個(gè)實(shí)際建好的反應(yīng)堆。雖然采用球形燃料支持在線換料的已經(jīng)有實(shí)際的應(yīng)用，如清華的高溫氣冷堆，但是在熔鹽堆的設(shè)計(jì)中尚未實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用，究其原因:雖然采用球形燃料的I3B-AHTR和隨機(jī)球床高溫釷基熔鹽堆(TMSR)都是想要利用在線換料的方法，大幅提高燃料的燃耗，但是由于熔鹽的高溫、高腐蝕、高輻射的特性，熔鹽堆在線換料在目前甚至未來很長一段時(shí)間都難以實(shí)施起來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的熔鹽堆存在的燃料棒數(shù)量大、需要逐個(gè)換料、換料成本高，而燃料球與在線換料結(jié)合的方式又不利于反應(yīng)堆安全運(yùn)行且無法實(shí)際應(yīng)用的缺陷，而提供了一種組件型熔鹽堆。本發(fā)明提供的組件型熔鹽堆通過把多個(gè)球形燃料元件按一定的排列束縛起來形成組件，一方面組件的位置明確，有利于功率分布的控制，同時(shí)可以通過置換組件徑向和軸向的位置，方便裝卸料、簡化換料方式的同時(shí)，使得燃料能夠達(dá)到更高的燃耗，實(shí)現(xiàn)燃料的有效循環(huán)和管理。
[0006]本發(fā)明提供了一種組件型熔鹽堆，其特點(diǎn)在于，所述組件型熔鹽堆的堆芯包括由內(nèi)至外同軸排布的一中心反射層、一活性區(qū)和一外反射層，所述活性區(qū)、所述外反射層均為正六棱柱形，所述活性區(qū)圍合在所述中心反射層的外部，所述外反射層圍合在所述活性區(qū)的外部;所述活性區(qū)由若干個(gè)正六棱柱結(jié)構(gòu)單元組成，該些正六棱柱結(jié)構(gòu)單元在徑向上并行排布成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在軸向上同軸堆疊成層狀結(jié)構(gòu)，每一所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由六個(gè)正三棱柱組件拼設(shè)而成。
[0007]本發(fā)明中，堆芯是組件結(jié)構(gòu)單元的有序排列，反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，裝料和換料可以直接以組件為單位，降低運(yùn)行成本，燃料的裝卸料、換料更加方便。此外由于堆芯內(nèi)圈燃料燃耗較高，外圈燃耗較低，因此組件、組件組合在單循環(huán)、多循環(huán)的燃料管理中的多方位多角度的位置置換，可以使得燃料充分燃燒，使燃料達(dá)到更高的燃耗深度。進(jìn)一步發(fā)展可以使用釷鈾循環(huán)、釷钚循環(huán)燃料，解決鈾資源匱乏及能源問題。
[0008]下面，對(duì)中心反射層作進(jìn)一步說明:
[0009]本發(fā)明中，所述中心反射層較佳地由若干個(gè)六棱柱形石墨柱圍合而成。中心反射層可以起到降低功率峰因子的作用，同時(shí)可以起到慢化作用。所述的六棱柱形石墨柱的個(gè)數(shù)較佳地為7個(gè)。
[0010]本發(fā)明中，位于所述中心反射層的正中心處的六棱柱形石墨柱的結(jié)構(gòu)較佳地為:其正中心處還開設(shè)有一實(shí)驗(yàn)通道，所述實(shí)驗(yàn)通道為一圓柱孔。
[0011]下面，對(duì)外反射層作進(jìn)一步說明:
[0012]本發(fā)明中，所述外反射層較佳地由若干個(gè)六棱柱形石墨柱圍合而成。，所述的六棱柱形石墨柱的個(gè)數(shù)較佳地為138個(gè)。下面，對(duì)活性區(qū)作進(jìn)一步說明:
[0013]本發(fā)明中，所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元在徑向和軸向上有序排列，即徑向成蜂窩狀排列，軸向采用簡單堆積方式排列，上下層結(jié)構(gòu)相同，無錯(cuò)位。所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元，其總數(shù)量及高度視堆芯的具體功率而定，所述活性區(qū)的總高度較佳地為2?10m。
[0014]本發(fā)明中，所述正三棱柱組件較佳地為正三棱柱燃料組件或者正三棱柱控制棒通道組件。所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)較佳地包括兩種:結(jié)構(gòu)一:6個(gè)正三棱柱燃料組件;結(jié)構(gòu)二:5個(gè)正三棱柱燃料組件+1個(gè)正三棱柱控制棒通道組件。結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二是堆芯最重要的基本結(jié)構(gòu)。
[00?5] 其中，較佳地，所述活性區(qū)從徑向上由5?15層正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由內(nèi)至外圍合而成，更佳地由9層正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由內(nèi)至外圍合而成，每一層均含有結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二。
[0016]所述結(jié)構(gòu)一構(gòu)成所述活性區(qū)的主體部分，所述結(jié)構(gòu)二構(gòu)成所述活性區(qū)的6條六等分線，并將所述活性區(qū)的橫截面沿六棱柱的六條邊等分為6個(gè)扇形區(qū)域。較佳地，還將每一所述扇形區(qū)域分為a、b、c三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域均有15個(gè)結(jié)構(gòu)一和3個(gè)結(jié)構(gòu)二。較佳地，所述活性區(qū)在軸向上由6層正六棱柱結(jié)構(gòu)單元組成，每層由250個(gè)所述結(jié)構(gòu)一和54個(gè)所述結(jié)構(gòu)二組成;較佳地，還將所述活性區(qū)從軸向上由外至內(nèi)分為A、B、C三個(gè)區(qū)域，即將整個(gè)活性區(qū)從軸向上分為兩個(gè)A區(qū)、兩個(gè)B區(qū)和兩個(gè)C區(qū)。
[0017]較佳地，所述堆芯采用循環(huán)換料的方式進(jìn)行換料，一個(gè)循環(huán)周期較佳地包括9批換料，具體如下:Aa-Ab，Ab-Ac，Ac-Ba，Ba-Bb，Bb-Bc，Bc-Ca，Ca-Cb，Cb-Cc，取出 Ce 同時(shí)在Aa處放入新的燃料。每個(gè)循環(huán)周期的最后一步是把Ce取出，作為核廢料，同時(shí)在原來Aa的區(qū)域放入新的燃料，每次循環(huán)都是這樣操作，以此達(dá)到平衡，并不斷地加新料，去廢料，不斷運(yùn)行下去。
[0018]其中，較佳地，所述正三棱柱燃料組件由正三棱柱包殼和球形燃料元件組成，所述球形燃料元件堆放于所述正三棱柱包殼的內(nèi)部。所述的球形燃料元件在所述正三棱柱包殼中的排布方式較佳地為:28層，每層3個(gè)，呈正三角形排列。
[0019]其中，所述正三棱柱包殼的材料為本領(lǐng)域常規(guī)的適用于作為堆芯結(jié)構(gòu)的材料，一般具有較高的強(qiáng)度、耐腐蝕性、高熔點(diǎn)、低中子毒性、耐輻射等特點(diǎn)，可以很好地支撐球形燃料元件，較佳地為碳-碳復(fù)合材料，更佳地為三維編織的碳-碳復(fù)合材料。
[0020]其中，所述正三棱柱包殼的大小與厚度視具體堆芯中子通量、堆芯溫度、功率、反應(yīng)性溫度系數(shù)而定。所述正三棱柱包殼由厚度相等的一個(gè)頂面、一個(gè)底面和三個(gè)側(cè)面組成。較佳地，所述的頂面和所述的底面上均開設(shè)有至少一個(gè)熔鹽流通通道。所述熔鹽流通通道的數(shù)量及直徑由堆芯的大小、功率及熱工水力參數(shù)決定，所述熔鹽流通通道的數(shù)量較佳地為4個(gè)。
[0021 ]本發(fā)明中，熔鹽作為冷卻劑自下而上通過所述活性區(qū)，由此帶走核裂變能。所述熔鹽為本領(lǐng)域常規(guī)的液態(tài)FLiBe熔鹽，較佳地為2LiF-BeF2。該種類的熔鹽具有高的比熱容、高熔點(diǎn)和較低的蒸汽壓，使得組件型熔鹽堆具有良好的經(jīng)濟(jì)性和固有安全性。
[0022]其中，所述球形燃料元件較佳地為燃料球。
[0023]較佳地，所述燃料球包含一內(nèi)部燃料層和一外部石墨包殼。所述燃料球的半徑較佳地為3cm，所述內(nèi)部燃料層的半徑較佳地為2.5cm，所述外部石墨包殼的厚度較佳地為0.5cm0
[0024]所述內(nèi)部燃料層較佳地由三結(jié)構(gòu)同向型包覆燃料顆粒(Tr1-structuraliso-tropic， 簡稱 TRISO 包覆顆粒) 和石墨集體組成。 TRISO 包覆顆粒耐高溫 ，可以包裹住裂變產(chǎn)物，有效減少了高放裂變產(chǎn)物的釋放，提高反應(yīng)堆的安全性。其中，所述內(nèi)部燃料層中TRISO包覆顆粒的填充率視具體堆芯功率而定，較佳地為10%?20%，所述百分比為體積百分比，填充率指的是燃料層中所有TRISO顆粒的總體積占內(nèi)部燃料層體積的百分比。
[0025]其中，所述TRISO包覆顆粒的中心處較佳地分布有燃料和/或可燃毒物。所述的燃料較佳地為U02，或者1]02和?1102的混合物，所述的υθ2ψ235υ富集度較佳地為15%?19.9%，所述百分比為質(zhì)量百分比。所述的可燃毒物較佳地為硼的單質(zhì)或化合物，和/或，釓的單質(zhì)或化合物。
[0026]其中，較佳地，所述正三棱柱控制棒通道組件由正三棱柱包殼和一控制棒通道組成，所述控制棒通道為一底部密封的圓柱體空殼，沿軸向開設(shè)于正三棱柱包殼的內(nèi)部，所述正三棱柱包殼所用材料、大小和厚度如上所述?？刂瓢敉ǖ赖脑O(shè)計(jì)，可以通過控制棒在控制棒通道中的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正三棱柱包殼將控制棒與熔鹽隔絕開來，使得控制棒免受熔鹽的腐蝕。這樣，控制棒通道從組件底部一直貫穿到堆芯頂部，占有空間很大，能夠提供足夠的停堆裕量。
[0027]其中，較佳地，還可以將所述結(jié)構(gòu)一中的其中一個(gè)正三棱柱燃料組件替換為一個(gè)實(shí)驗(yàn)通道組件、一安全停堆棒通道組件、一測量通道組件或者一燃耗補(bǔ)償棒通道組件，該些組件的結(jié)構(gòu)與正三棱柱控制棒通道組件的結(jié)構(gòu)相同。實(shí)驗(yàn)通道組件的作用:可以插入一些探測器來檢測反應(yīng)堆運(yùn)行情況，或者放入一些需要輻照的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行輻照等。在活性區(qū)的實(shí)驗(yàn)通道組件只是需要的時(shí)候會(huì)替換，不需要的時(shí)候依然是正三棱柱燃料組件，而反射層的實(shí)驗(yàn)通道則是一直存在的。
[0028]本發(fā)明中，所述組件型熔鹽堆較佳地設(shè)置于一反應(yīng)堆容器中。所述反應(yīng)堆容器較佳地為一空心圓柱體。
[0029]在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0030]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0031]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明提供的組件型熔鹽堆可以通過置換組件徑向和軸向的位置，方便裝卸料、簡化換料方式的同時(shí)，使得燃料能夠達(dá)到更高的燃耗，實(shí)現(xiàn)燃料的有效循環(huán)和管理。所述燃料循環(huán)和管理策略，可以在各循環(huán)壽期末，采用置換位置的方式進(jìn)行燃料的換料。所述置換位置方式，包括對(duì)正三棱柱組件和正六棱柱結(jié)構(gòu)單元的徑向置換、軸向置換和綜合置換。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中正三棱柱燃料組件的縱剖面圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中正三棱柱燃料組件的頂面和底面的熔鹽流通通道的橫截面示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中結(jié)構(gòu)一的橫截面示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中結(jié)構(gòu)二的橫截面示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中組件型熔鹽堆堆芯的橫截面示意圖；
[0037]圖6為圖5中沿D-D面的縱剖面示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的組件型熔鹽堆堆芯的換料方案；
[0039]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1的組件型熔鹽堆堆芯的軸向功率分布曲線。
[0040]上述附圖中，1-結(jié)構(gòu)二2-結(jié)構(gòu)一3-實(shí)驗(yàn)通道4-中心反射層5-外反射層6-反應(yīng)堆容器7-熔鹽流通通道8-控制棒通道9-燃料球10-正三棱柱包殼
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0042]實(shí)施例1
[0043]本實(shí)施例以一座功率為IGW的組件型熔鹽堆堆芯為例。
[0044]圖1為正三棱柱燃料組件的縱剖面圖；圖2為正三棱柱燃料組件的頂面和底面的熔鹽流通通道的橫截面示意圖；圖3為結(jié)構(gòu)一的橫截面示意圖；圖4為結(jié)構(gòu)二的橫截面示意圖。結(jié)構(gòu)二 I中燃料球共有28層，每層三個(gè)。正三棱柱頂部和底部留有和圖2相同的熔鹽流通通道。它們是堆芯最重要的基本結(jié)構(gòu)。燃料六棱柱結(jié)構(gòu)單元由六個(gè)三棱柱燃料組件組成，含有控制棒通道的六棱柱結(jié)構(gòu)單元由5個(gè)燃料組件和一個(gè)控制棒通道8組成，并成正六棱柱形。單個(gè)三棱柱燃料組件由正三棱柱包殼1和燃料球9組成，燃料球位于燃料組件內(nèi)部，每層三個(gè)成三角形排列，共28層。燃料球9半徑為3cm，內(nèi)部含有半徑為2.5cm的燃料層，外部有厚度為0.5cm的石墨包殼。燃料層由TRISO包覆顆粒和石墨基體組成，其中TRISO填充率為10 %?20%，核心燃料是U02，235U富集度為15?19.9%。
[0045]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中組件型熔鹽堆堆芯的橫截面示意圖，其中陰影部分即為活性區(qū)，其中含控制棒通道的六棱柱結(jié)構(gòu)單元(即結(jié)構(gòu)二I)只存在于圖中6條角平分線上，也就是有一個(gè)個(gè)小孔的地方，小孔就是圖4中的控制棒通道。結(jié)構(gòu)一 2與結(jié)構(gòu)二 I之間存在一定的縫隙。
[0046]所述組件型熔鹽堆設(shè)置于一反應(yīng)堆容器6中，反應(yīng)堆容器6內(nèi)設(shè)有活性區(qū)、中心反射層4和外反射層5，活性區(qū)被外反射層5包圍，中心反射層4內(nèi)設(shè)有實(shí)驗(yàn)通道3?；钚詤^(qū)含有兩種六棱柱結(jié)構(gòu)單元，分別是含有控制棒通道的六棱柱結(jié)構(gòu)單元I和燃料六棱柱結(jié)構(gòu)單元
2。燃料區(qū)從內(nèi)到外可分為9層，各層均由含有控制棒通道的六棱柱結(jié)構(gòu)單元和燃料六棱柱結(jié)構(gòu)單元。其中六分之一扇區(qū)分為a、b、c三個(gè)區(qū)域。各區(qū)域均有15個(gè)燃料六棱柱結(jié)構(gòu)單元格3個(gè)含有控制棒通道的六棱柱結(jié)構(gòu)單元，其中a區(qū)在活性區(qū)次邊界區(qū)域，b、c區(qū)則分散在其兩側(cè)。三棱柱包殼10，材料選為三維編織的碳-碳復(fù)合材料，因?yàn)樘继紡?fù)合材料具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐輻射等特點(diǎn)，可以很好的支撐內(nèi)部燃料球。
[0047]a，b，c三個(gè)區(qū)域之間并無區(qū)別，只是它們?cè)诙研局械奈恢貌煌?，相同的燃料在a，b，c三個(gè)區(qū)域中的燃耗是不相同的，因此換料時(shí)把新的燃料放在a區(qū)，經(jīng)過一次循環(huán)的燃料放在b區(qū)，兩次循環(huán)的放在c區(qū)。圖5中對(duì)于a，b，c三個(gè)區(qū)域的區(qū)分不僅限于六分之一扇區(qū)，對(duì)于其他扇區(qū)也是這樣的分區(qū)結(jié)構(gòu)，圖中只是取了六分之一作為示例。
[0048]如圖6是組件型熔鹽堆堆芯的縱剖面圖。從圖6可以很明顯的看出活性區(qū)被外反射層5包圍，同時(shí)中心反射層4居于中間。同時(shí)反射層頂部和底部都留有熔鹽流通通道7，并與正三棱柱組件兩端的孔道一致，從而使得熔鹽可以自下而上的穿過整個(gè)堆芯，并帶走裂變能?？刂瓢敉ǖ缽慕M件底部一直貫穿到堆芯頂部，占有空間很大，能夠提供足夠的停堆裕量。活性區(qū)軸向共有6層，每層均如圖5所示共有250個(gè)燃料六棱柱結(jié)構(gòu)單元和54個(gè)含有控制棒通道的結(jié)構(gòu)單元。6層結(jié)構(gòu)單元從兩側(cè)向內(nèi)分為A、B、C三個(gè)區(qū)域。
[0049]A、B、C結(jié)構(gòu)上并無區(qū)別，只有位置上的差別，越靠近中心位置(C的底部)，中子密度越大。因此從燃耗深度角度看，C>B>A，同時(shí)在C區(qū)中，靠近中心位置的燃耗更高。是采用軸向六等分的形式分界的，由6個(gè)相同的圖5的結(jié)構(gòu)組成，初裝堆時(shí)，由于都是新的燃料，它們之間不存在差別(a、b、c三個(gè)區(qū)域也一樣，不存在差別)，而經(jīng)過一次循環(huán)之后，它們的燃耗深度就會(huì)不一樣，把燃耗最深的地方，Ce取出，其他依次如圖7方式置換，最后在Aa區(qū)域放入新燃料。這就是換料方案。
[0050]圖7表示的是換料方式，圖8是堆芯軸向功率分布曲線。橫向a、b、c與軸向A、B、C區(qū)域組合成9個(gè)區(qū)域Aa、Ab、Ac、Ba、Bb、Bc、Ca、Cb、Cc，因此可以進(jìn)行9批換料，9個(gè)區(qū)域第I到第9批料。按照點(diǎn)堆模型，9批料換料方式可以使得卸料燃耗達(dá)到一次換料方式的180 %。
[0051]同時(shí)，如圖8所示，由于考慮了軸向換料，使得燃料軸向燃燒的更加平均，更加充分，功率分布也更加平緩，利于反應(yīng)堆安全。圖8的縱坐標(biāo)是功率分布，橫坐標(biāo)是Z軸高度。未使用軸向換料可以理解成AHTR的設(shè)計(jì)，或者其他固定堆芯的反應(yīng)堆的方式，不包括流動(dòng)球床型反應(yīng)堆(如高溫氣冷堆，PB-AHTR，TMSR等)。
[0052]本實(shí)施例提供的組件型熔鹽堆綜合了熔鹽堆、組件型反應(yīng)堆以及包含TRISO包覆顆粒的球形燃料元件的優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種組件型熔鹽堆，其特征在于，所述組件型熔鹽堆的堆芯包括由內(nèi)至外同軸排布的一中心反射層、一活性區(qū)和一外反射層，所述活性區(qū)、所述外反射層均為正六棱柱形，所述活性區(qū)圍合在所述中心反射層的外部，所述外反射層圍合在所述活性區(qū)的外部;所述活性區(qū)由若干個(gè)正六棱柱結(jié)構(gòu)單元組成，該些正六棱柱結(jié)構(gòu)單元在徑向上并行排布成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在軸向上同軸堆疊成層狀結(jié)構(gòu)，每一所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由六個(gè)正三棱柱組件拼設(shè)而成。2.如權(quán)利要求1所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述中心反射層由若干個(gè)六棱柱形石墨柱圍合而成，所述的六棱柱形石墨柱的個(gè)數(shù)較佳地為7個(gè)； 位于所述中心反射層的正中心處的六棱柱形石墨柱的結(jié)構(gòu)較佳地為:其正中心處還開設(shè)有一實(shí)驗(yàn)通道，所述實(shí)驗(yàn)通道為一圓柱孔。3.如權(quán)利要求1所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述外反射層由若干個(gè)六棱柱形石墨柱圍合而成，所述的六棱柱形石墨柱的個(gè)數(shù)較佳地為138個(gè)。4.如權(quán)利要求1所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述正三棱柱組件為正三棱柱燃料組件或者正三棱柱控制棒通道組件;所述正六棱柱結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)包括兩種:結(jié)構(gòu)一:6個(gè)正三棱柱燃料組件;結(jié)構(gòu)二: 5個(gè)正三棱柱燃料組件+1個(gè)正三棱柱控制棒通道組件； 所述活性區(qū)的總高度為2?1m;較佳地，所述活性區(qū)從徑向上由5?15層正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由內(nèi)至外圍合而成，每一層均含有結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二，所述結(jié)構(gòu)一構(gòu)成所述活性區(qū)的主體部分，所述結(jié)構(gòu)二構(gòu)成所述活性區(qū)的6條六等分線，并將所述活性區(qū)的橫截面沿六棱柱的六條邊等分為6個(gè)扇形區(qū)域。5.如權(quán)利要求4所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述活性區(qū)從徑向上由9層正六棱柱結(jié)構(gòu)單元由內(nèi)至外圍合而成;所述活性區(qū)在軸向上由6層正六棱柱結(jié)構(gòu)單元組成，每層由250個(gè)所述結(jié)構(gòu)一和54個(gè)所述結(jié)構(gòu)二組成。6.如權(quán)利要求5所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述正三棱柱燃料組件由正三棱柱包殼和球形燃料元件組成，所述球形燃料元件堆放于所述正三棱柱包殼的內(nèi)部;所述的球形燃料元件在所述正三棱柱包殼中的排布方式較佳地為:28層，每層3個(gè)，呈正三角形排列； 其中，所述正三棱柱包殼的材料為碳-碳復(fù)合材料，較佳地為三維編織的碳-碳復(fù)合材料； 所述正三棱柱包殼由厚度相等的一個(gè)頂面、一個(gè)底面和三個(gè)側(cè)面組成;較佳地，所述的頂面和所述的底面上均開設(shè)有至少一個(gè)熔鹽流通通道;所述熔鹽流通通道的數(shù)量更佳地為4個(gè)。7.如權(quán)利要求6所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，熔鹽作為冷卻劑自下而上通過所述活性區(qū)，所述熔鹽為液態(tài)FLiBe熔鹽，較佳地為2LiF-BeF2;所述球形燃料元件為燃料球。8.如權(quán)利要求7所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述燃料球包含一內(nèi)部燃料層和一外部石墨包殼;所述燃料球的半徑較佳地為3cm，所述內(nèi)部燃料層的半徑較佳地為2.5cm，所述外部石墨包殼的厚度較佳地為0.5cm; 所述內(nèi)部燃料層較佳地由TRISO包覆顆粒和石墨集體組成；其中，所述內(nèi)部燃料層中TRISO包覆顆粒的填充率為10%?20%，所述百分比為體積百分比； 其中，所述TRISO包覆顆粒的中心處較佳地分布有燃料和/或可燃毒物;所述的燃料較佳地為UO2，或者UOdPPuO2的混合物，所述的UO2中2351]富集度較佳地為15%?19.9%，所述百分比為質(zhì)量百分比；所述的可燃毒物較佳地為硼的單質(zhì)或化合物，和/或，釓的單質(zhì)或化合物。9.如權(quán)利要求6?8任意一項(xiàng)所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述正三棱柱控制棒通道組件由一正三棱柱包殼和一控制棒通道組成，所述控制棒通道為一底部密封的圓柱體空殼，沿軸向設(shè)于正三棱柱包殼的內(nèi)部； 較佳地，還將所述結(jié)構(gòu)一中的其中一個(gè)正三棱柱燃料組件替換為一實(shí)驗(yàn)通道組件、一安全停堆棒通道組件、一測量通道組件或者一燃耗補(bǔ)償棒通道組件，該些組件的結(jié)構(gòu)與所述正三棱柱控制棒通道組件的結(jié)構(gòu)相同。10.如權(quán)利要求9所述的組件型熔鹽堆，其特征在于，所述組件型熔鹽堆設(shè)置于一反應(yīng)堆容器中；所述反應(yīng)堆容器較佳地為一空心圓柱體。
【文檔編號(hào)】G21C5/06GK105976879SQ201610301006
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】薛春, 朱智勇, 張海青, 林俊
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所