[发明专利]熔盐反应堆中的反应性控制

说明书

本发明公开了一种控制熔盐裂变反应堆的反应性的办法。熔盐裂变反应堆包括堆芯和冷却剂槽(101)，堆芯包括含有熔盐裂变燃料的燃料管(103)，而冷却剂槽含有熔盐冷却剂(102)，其中燃料管浸没在冷却剂槽中。所述办法包括以下步骤：将中子吸收化合物溶解在熔盐冷却剂中，所述中子吸收化合物包括卤素和中子吸收元素。第一方法还包括将中子吸收化合物还原成所述卤素的盐和包括所述中子吸收元素的不可溶解物质，所述卤素是氟或氯，其中所述不可溶解物质在所述熔盐裂变反应堆的操作期间在所述熔盐冷却剂的温度下不挥发。在第二方法中，选择所述一种或多种中子吸收化合物以使得所述一种或多种中子吸收化合物由于吸收中子而导致的中子吸收能力的下降来补偿堆芯的反应性降低，以控制堆芯的裂变率。本发明还提供了一种用于实施所述办法的设备。

技术领域

本发明涉及熔盐裂变反应堆中的裂变反应的控制。具体地，本发明涉及控制反应堆中的中子吸收率的可逆办法。

背景技术

熔盐核裂变反应堆是裂变材料以熔融卤化盐(通常为氯化物或乙酰氟)的形式存在的反应堆。GB2508537中描述了这种反应堆的新颖设计，其中熔融燃料盐被保持在由作用冷却剂的第二熔盐包围的管中。这种反应堆的反应性的控制被提出，是通过利用中子吸收控制杆或通过将中子吸收材料氟化铕或氟化镉添加到冷却剂盐，使用反应性的负温度系数以允许高温，致使氧化铜整流器处于亚临界状态。

氟化铕和氟化镉两者对于用作添加到冷却剂盐的中子抑制剂都具有严格的限制。铕是强负电的金属，其以电解或以化学的方式将氟化物还原成金属，不可能还不还原诸如锆的较少负电冷却剂盐成分。镉相对容易被还原成金属，如GB2508537中所述，但是产生的金属在冷却剂盐的温度下易挥发且有毒，因此需要专门的操作，这在核反应堆的背景下复杂且昂贵。

与更传统地用作中子抑制剂(poison)的硼相比较，铕和镉对于快中子还具有相当低的吸收截面，这使得铕和镉较少被使用。

传统的水冷却和温和的反应堆使用被添加到水的硼酸钠来还原反应性，这样的优点在于硼酸盐根据需要可容易地被从水中去除。大的优点在于具有GB2508537描述的可用于熔盐反应堆的类似方法，然而硼酸盐与冷却剂的熔盐在化学上不相容。硼作为控制材料的使用在快光谱反应堆中尤其有价值，这是因为硼即使在快中子光谱中也具有较高的中子吸收截面。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种控制熔盐裂变反应堆的反应性的方法。熔盐裂变反应堆包括堆芯和冷却剂槽，堆芯包括含有熔盐裂变燃料的燃料管，而冷却剂槽含有熔盐冷却剂，其中燃料管浸没在冷却剂槽中。所述方法包括：将中子吸收化合物溶解在熔盐冷却剂中，所述中子吸收化合物包括卤素和中子吸收元素。所述方法进一步包括：将中子吸收化合物还原成所述卤素的盐和包括所述中子吸收元素的不可溶解物质，所述卤素是氟或氯，其中所述不可溶解物质在所述熔盐裂变反应堆的操作期间在所述熔盐冷却剂的温度下是不挥发的。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制熔盐裂变反应堆的反应性的方法。熔盐裂变反应堆包括堆芯和冷却剂槽，堆芯包括含有熔盐裂变燃料的燃料管，而冷却剂槽含有熔盐冷却剂，其中燃料管浸没在冷却剂槽中。所述方法包括以下步骤：将一种或多种中子吸收化合物溶解在熔盐冷却剂中，其中选择所述一种或多种中子吸收化合物以使得所述一种或多种中子吸收化合物由于吸收中子而导致的中子吸收能力的下降来补偿堆芯的反应性降低，以控制堆芯的裂变率。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于在核裂变反应堆中使用的设备。所述设备包括入口、混合室、过滤单元、出口和泵。入口被构造成浸没在核裂变反应堆的冷却剂盐的池中。混合室被构造成将通过入口吸入的冷却剂与还原剂混合以将冷却剂盐内的中子吸收化合物还原成盐和不可溶解物质，所述不可溶解物质包括所述中子吸收化合物中的中子吸收元素。过滤单元被构造成从冷却剂盐过滤所述不可溶解物质。出口被构造成将过滤后的冷却剂盐返回到冷却剂盐的池中。泵被构造成使冷却剂盐从所述池流动通过所述出口，然后流入到混合室，然后流入到过滤单元中，之后从所述出口流出。