[实用新型]堆芯结构及熔盐球床堆

说明书

本实用新型公开一种堆芯结构及熔盐球床堆。该堆芯结构的活性区设有位于底部的进料口及位于顶部的出料口，活性区中的燃料球的密度小于活性区中熔盐的密度，活性区能够容纳的燃料装载量大于预设的满功率运行天数的燃料装载量。该堆芯结构，能够实现燃料球在寿期末整体卸载，无须实现在线换料功能的部件，故可使得装置简单，且寿期末整体卸载后的燃料球无须一个个地处理，而是直接进入乏燃料处理系统，故会减小放射性，增加装置可靠性，且使得燃料球净化变得简单；该堆芯结构也可使得燃料管理与堆芯装载方法具有调节余地，且保证了运行目标。

技术领域

本实用新型涉及一种堆芯结构及熔盐球床堆。

背景技术

基于本世纪初对第四代核能系统的可持续性、经济性、安全性、可靠性和防核扩散等需求，氟盐冷却高温堆作为先进反应堆概念提出。氟盐的概念源于美国20世纪50至70年代橡树岭实验室(ORNL)设计建造的ARE(Aircraft Reactor Experiment)，MSRE(MoltenSalt Reactor Experiment)，MSBR(Molten Salt Breeder Reactor)，DMSR(DenaturedMolten Salt Reactor)等液态氟盐燃料熔盐实验堆，但由于该实验堆中氟盐与燃料完全混合在一起，故存在液态燃料在线处理复杂、结构材料的高温辐照、成本高等因素，因而难以在短时间内实现商业化。

为此，2001年起，美国橡树岭国家实验室(ORNL)、桑地亚国家实验室(SNL)和加州大学伯克利分校(UCB)共同发展了氟盐作为冷却剂(不含燃料)的2400MW Prism-AHTR(棱柱型先进高温反应堆)先进高温堆的概念设计，其主回路冷却剂熔盐为2LiF-BeF2，使用10.36％富集度的UCO(碳氧化铀)燃料包覆颗粒燃料制成石墨棱柱组件，出口温度达到1000℃。2005年，ORNL、SNL和UCB又推出2400MW Liquid-Salt-Cooled very high-temperaturereactor,LS-VHTR(液态熔盐超高温反应堆)，主回路冷却剂熔盐为2LiF-BeF2，用包覆颗粒燃料制成棒型燃料组件，出口温度达到1000℃。2006年，威斯康辛大学和法国阿海珐核电公司提出球床-AHTR和棒型-AHTR的初步概念，并对衰变热排出系统进行了改进，用“池式辅助冷却系统+直接辅助冷却系统”取代先前的“堆容器辅助冷却系统”等。2006年到2008年，UCB提出2400MW一体化设计和900MW模块化两种对球床先进高温堆PB-AHTR设计，设计中均使用2LiF-BeF2冷却剂和含有UO2、UC或者UC0.5O1.5包覆燃料颗粒制作燃料球元件。2010到2011年期间，ORNL又设计了3400MW和125MW板型氟盐冷却高温堆的设计工作，仍然采用包覆颗粒燃料，制成板型燃料元件，充分利用熔盐优异的传热性质，提高堆芯比功率。2011年，美国能源部集结MIT、UCB、Wisconsin、ORNL、INL、Westinghouse(依次为：麻省理工学院、加州大学伯克利分校、威斯康星大学、橡树岭国家实验室、爱达荷国家实验室、西屋公司)等启动AHTR前期研究计划，然后于2012年成立IRP(综合研究项目)，并将AHTR的定义正式更名为氟盐冷却高温堆(FHRs)，Fluoride salt-cooled High temperature Reactors，并将FLiBe(即2LiF-BeF₂)盐作为基准熔盐。

我国于2011年在中国科学院开始了钍基熔盐堆TMSR战略先导专项，着手进行熔盐堆的设计，其目标为分别建成固态(FHRs概念)和液态燃料熔盐堆。2012年中国科学院在IRP第四次研讨会上提出2MW规则球床型氟盐冷却高温堆FHRs的概念设计。