[发明专利]一种钍基熔盐增殖堆堆芯

说明书

本发明公开了一种钍基熔盐增殖堆堆芯，包括活性区和反射层，所述反射层包覆所述活性区，所述活性区是由燃料熔盐和由石墨制成的慢化剂栅元阵列组成，所述活性区包括中子提供区、功率展平区和增殖区，所述功率展平区包围所述中子提供区，所述增殖区包围所述功率展平区。本发明的钍基熔盐增殖堆堆芯通过改变石墨慢化剂栅元的熔盐、石墨体积比，将堆芯活性区分为混合有热谱和快谱的若干区，提高堆的增殖性能；通过设置功率展平区，延长石墨的更换周期至10年，使得反应堆具有负的温度反应性系数；通过设置轴向增殖区，可进一步提高堆的增殖性能，同时有利于堆的热工水力特性。

技术领域

本发明涉及熔盐堆堆芯设计领域，具体涉及一种钍基熔盐增殖堆堆芯。

背景技术

熔盐堆是六种第四代反应堆候选堆型中唯一使用液态燃料的反应堆，在固有安全性、经济性、防核扩散和核燃料可持续发展等方面具有其独特优势。熔盐堆的燃料一方面无需像传统反应堆那样进行制造，另一方面还兼顾冷却剂的功能，当含有裂变材料的燃料熔盐以以高于自身熔点的入口温度进入堆芯并临界时，燃料发生裂变产生热量，同时又将热量带至二回路。

自熔盐堆概念诞生以来，世界上主要的熔盐增殖堆概念设计研究主要为：美国橡树岭国家实验室的熔盐增殖堆MSBR(Molten Salt Breeder Reactor)，法国国家科学研究院的无慢化熔盐快堆MSFR(Molten Salt Fueled Reactor)，熔盐堆实验MSRE(Molten SaltReactor Experiment)，日本的FUJI系列熔盐堆以及俄国的熔盐嬗变堆MOSART。

熔盐堆实验MSRE(Molten Salt Reactor Experiment)是唯一建成并运行的采用石墨为慢化剂的熔盐堆。慢化剂栅元为侧面开凹槽，横截面近似为正方形的四棱柱。相邻慢化剂的凹槽拼合在一起形成熔盐流道，供燃料盐流动带出热量。慢化剂栅元下端插入打孔的栅格板中固定其位置，排布成近似圆形的堆芯。

热堆的典型堆型为MSBR，采用FLiBe熔盐作为载体盐，石墨作为慢化剂和反射层，堆芯入口温度约560℃，出口温度约700℃，热功率为2250MW。据评估，MSBR具有正的温度反应性系数，对反应堆的安全性有严重影响，且其堆芯石墨需以四年为周期进行更换，这使得反应堆的成本也较高，其增殖比在1.06左右。

快堆的典型代表MSFR是法国国家科学研究院CNRS提出的无石墨慢化的熔盐堆快堆概念。MSFR能谱由热谱向快谱的转变可以获得较大的负温度反应性系数和空泡系数、较大的增殖比和无石墨寿命限制等独特优点。但氟盐的慢化性能较好，使得MSFR具有较大的燃料装载量，成本高，堆的倍增时间长(大于30年)，且快堆技术难度也较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中堆芯增殖比不超过1.06，石墨更换周期不超过4年，温度反应性系数为正的缺陷，提供一种高功率混合能谱钍基熔盐增殖堆堆芯，其堆芯的增殖比可达1.08以上，其石墨更换周期达10年，提高了100％以上，其温度反应性系数为负。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：