[实用新型]一体化气态氧控装置以及铅基快中子反应堆

说明书

本实用新型公开了一种一体化气态氧控装置，其适用于铅基快中子反应堆，包括：气体注入器（11）、柱状提升管（12）和气液分离室（13），在所述气液分离室（13）底部与所述柱状提升管（12）外壁之间形成有液体排出口（131），气液分离室（13）上方设置有至少一个气体排出口（14），气体注入器（11）的一端穿所述气液分离室（13）的顶部；所述柱状提升管（12）与所述气体注入器（11）的下端至少一部分位于所述冷却液的液面之下；所述气液分离室（13）位于所述冷却液的液面之上。本实用新型还公开了相应的铅基快中子反应堆。实施本实用新型，可以有效提高气态氧控技术的工程可行性和安全性，降低系统的复杂性和运行维护成本。

技术领域

本实用新型属于先进核能系统技术领域，具体涉及到一种一体化气态氧控装置以及铅基快中子反应堆。

背景技术

液态铅基合金（铅和铅铋合金）具有优良的导热特性和中子学特性，是第四代核电铅基快中子反应堆（铅基快堆）和未来先进核能系统ADS的重要候选冷却剂。但由于铅基合金在中高温环境下对结构材料具有很强的腐蚀性，极大地降低了铅基快中子反应堆的安全性和经济性。

目前普遍认为，抑制铅基合金腐蚀效应的最有效手段是控制液态铅基合金中的氧浓度含量。其原理在于：将铅铋合金中氧浓度保持在一定范围内，使结构材料表面形成一层致密的氧化膜，阻止铅铋合金进一步渗透到钢材内部，从而起到防腐作用。

现有铅基合金氧控方法主要包括气态氧控和固态氧控两种。气态氧控就是利用注入反应气体的物理化学反应来控制铅铋中溶解氧浓度的方法。最初采用Ar/H₂/O₂三元气体实现控氧，其中Ar气作为载气，起到稀释氢气（H₂）或氧气（O₂）含量作用，以减小H₂气爆炸的危险性。

目前国际上主流的气态氧控技术可分为堆外气态氧控技术和堆内气态氧控技术。

堆外气态氧控技术是指将反应堆内的液态铅基冷却剂抽出堆外，通过堆外气态氧控箱进行氧浓度调节，将满足氧浓度控制要求的液态铅基冷却剂充回反应堆，实验堆外氧浓度控制。堆外气态氧控技术可满足反应堆大规模冷却剂氧浓度调节的需要，但其需要将堆内带有放射性的冷却剂抽离堆外进行处理，一旦冷却剂管道破裂将造成放射性物质泄漏，存在较大的安全隐患，安全性低。而且，堆外气态氧控技术需要一套庞大而复杂的铅铋工艺系统持续，技术过于复杂，工程可行性低。

堆内气态氧控技术是指将控制气体直接注入堆内冷却剂中，目前堆内气态氧控包括两种方式。一种是将控制气体充入堆内覆盖气体中，通过液态铅基合金静止表面与覆盖气体的接触，实现氧浓度控制。该方法存在调节速度慢、供氧效率低等缺陷，难以满足铅基快中子反应堆工程化应用的需求，目前仅用于铅基合金实验回路中。另一种是将控制气体注入液态铅基合金，利用气泡与液态铅基合金接触，实现液态铅基合金的氧浓度控制。但该方法需要向堆内注入大量气体，会对反应堆的正常运行造成影响，一旦铅基冷却剂夹带气泡进入堆芯，将造成严重的反应堆事故。因此，目前该方法仅应用于堆芯外围的冷却剂停滞区，用于小范围氧浓度调节使用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种一体化气态氧控装置及铅基快中子反应堆，可克服现有气态氧控技术的不足，通过利用超微细气泡原理提高气态氧控效率，通过特殊气液分离结构实现气态氧控装置的一体化设计，从而可有效提高气态氧控技术的工程可行性和安全性，降低系统的复杂性和运行维护成本。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种一体化气态氧控装置，其适用于铅基快中子反应堆，包括：

气体注入器，用于向所述铅基快中子反应堆的冷却液中注入控制气体，并产生超微细气泡；