[发明专利]一种熔盐堆钍燃料循环利用方法

说明书

本发明公开了一种熔盐堆钍燃料循环利用方法，其堆芯包括石墨组件和燃料熔盐，燃料熔盐填充在石墨组件组成的通道中，燃料熔盐包括燃料盐和基盐，运行时，采用在线加料，在线清除裂变气体，停堆离线后处理乏燃料，将回收的铀、基盐和钍重新配比后装载到堆芯中循环利用，其中，燃料熔盐与堆芯的体积比为5％‑15％，燃料盐为ThF₄与UF₄混合物，其中U的富集度为15％～20％，燃料盐在燃料熔盐中的初始摩尔百分比为6％‑8％，ThF₄在燃料盐中的初始摩尔百分比大于80％。该方法在不依赖于在线处理技术的情况下，提高了熔盐堆中钍燃料的裂变贡献，从而提高了U‑235的利用率，降低了乏燃料的放射性和处置量。

技术领域

本发明属于核反应堆工程设计领域，具体为一种熔盐堆钍燃料循环利用方法。

背景技术

钍在地质上的存储量是铀的3-4倍，钍通过吸收一个中子可以转化成易裂变的U-233，是一种潜在的核燃料，实现钍的规模化利用将极大地扩展核燃料资源的储量。同时，钍燃料产生的高放射性超铀元素较少，是一种较为清洁的核燃料。为此，国内外已有大量的钍在各类核反应堆中的利用研究。

研究认为固态燃料反应堆中由于组件燃耗深度的限制，钍的燃料转化并不充分，对燃料利用率的提高一般低于20％。同时带了较大的负面影响，如堆芯功率峰因子显著增加，铀燃料富集成本进一步增加。总体而言，钍燃料在固态燃料反应堆中的利用没有经济价值。

液态燃料熔盐堆是公认为钍燃料利用最佳的堆型。液态燃料没有包壳，燃耗深度不受材料寿命限制；同时燃料在堆内均匀混合，功率峰因子受燃料类型及燃耗深度影响很小。钍利用在固态堆中面临的主要问题在液态燃料熔盐堆中可以避免。

液态燃料可以不停堆补充新燃料和在线分离不需要的核素，实现燃料的高效利用和乏燃料放射性的最小化。液态燃料熔盐堆的钍利用方案主要为钍铀增殖分析，依赖于在线处理技术。然而，在线处理是国际上公认的难题，较大的放射性与释热量对核素分离造成困难，在线处理的速度对设备的性能要求较高，现阶段难以实施。美国橡树岭提出熔盐堆中一次通过低富集铀燃料循环方法，避免了后处理带来的复杂问题，但燃料循环并没有考虑钍的利用，同时其燃料利用率、乏燃料放射性与现有压水堆的差异并不明显。总体而言，如何在不依赖于在线处理技术，实现钍在熔盐堆中的规模化利用以及高效利用仍然是一个需要着重解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有液态燃料熔盐堆钍燃料利用方案依赖在线处理技术的问题，从而提供了一种熔盐堆钍燃料循环利用方法，在不依赖于在线处理技术的情况下，提高了熔盐堆中钍燃料的裂变贡献，从而提高了U-235的利用率，降低了乏燃料的放射性和处置量。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种熔盐堆钍燃料循环利用方法，其堆芯包括石墨组件和燃料熔盐，所述燃料熔盐填充在所述石墨组件组成的通道中，所述燃料熔盐包括燃料盐和基盐，运行时，采用在线加料，在线清除裂变气体，停堆离线后处理乏燃料，将回收的铀、基盐和钍重新配比后装载到所述堆芯中循环利用，其中，所述燃料熔盐与所述堆芯的体积比为5％-15％，所述燃料盐为ThF₄与UF₄混合物，其中U的富集度为15％～20％，所述燃料盐在所述燃料熔盐中的初始摩尔百分比为6％-8％，所述ThF₄在所述燃料盐中的初始摩尔百分比大于80％。

本发明中，所述堆芯较佳地为径高比相近的圆柱体，所述圆柱体的直径较佳地为3.5～5m。

本发明中，所述基盐可为LiF-BeF₂或NaF-BeF₂。

本发明中，所述石墨组件的结构轮廓较佳地为长方体或六棱柱，其中，所述石墨组件的对边距可为5-30cm。