[发明专利]一种可长途运输的气冷小堆及其安全控制方法

说明书

本发明公开了一种可长途运输的气冷小堆及其安全控制方法，所述气冷小堆为超临界二氧化碳高温气冷堆，包括若干独立的次临界模块，每个次临界模块包括密封燃料组件，密封燃料组件内装载有燃料元件，裂变核反应在燃料元件中产生；所述燃料元件采用复合碳化硅作为包壳，所述气冷小堆采用处于超临界态的二氧化碳作为冷却剂，冷却剂从密封燃料组件底部进入、从顶部出来，和燃料元件发生对流传热，最终二氧化碳将热量传递给热电转换系统，从而实现热能到电能的转变。采用分离‑组装的安全控制方法，能够有效地提高超临界二氧化碳冷却高温气冷堆的安全性，避免了在运输过程中的临界事故发生，从而使得本发明提出的气冷小堆非常适合长途运输。

技术领域

本发明涉及核工程领域，具体涉及一种可长途运输的气冷小堆及其安全控制方法。

背景技术

如果在偏远地区发生了地震、洪灾、大风灾害等，导致当地的电力系统瘫痪，这很不利于受灾区的人员抢救和基础设施重建。为了紧急恢复受灾区的电力，且受灾区不适合柴油机运行（例如时刻面临被淹的分险、空气中氧气不足等严重情况），那么就需要在这些地区部署小型核电装置。因为本发明超临界二氧化碳冷却高温气冷堆的组件为全封闭式，因此不惧怕水淹。因为裂变反应时不需要氧气参与，因此空气中氧气不足也不会影响超临界二氧化碳冷却高温气冷堆的正常运行。超临界二氧化碳冷却高温气冷堆作为一种小型堆，其体积较小，可以通过直升机运输，从而快速部署在受灾区。

然而，现有技术无法实现直升机快速运输。因为目前的高温气冷堆体积庞大，现有250兆瓦高温气冷堆的六面体组件高达300立方米，这导致我国大部分现有的直升机无法对其进行直接运输，因此，本发明提出一种体积较小且可长途运输的气冷小堆，以便能够在紧急情况下给边远受灾区供电。

发明内容

为了在紧急情况下恢复受灾害地区的电力，并在灾害抢救和灾后重建过程中提供应急可靠能源，本发明提供了一种可长途运输的气冷小堆，并给出了相应的安全控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案之一实现的。

本发明提供了一种可长途运输的气冷小堆，所述气冷小堆为超临界二氧化碳高温气冷堆，包括若干独立的次临界模块，每个次临界模块包括密封燃料组件，密封燃料组件内装载有燃料元件，裂变核反应在燃料元件中产生；所述燃料元件采用复合碳化硅作为包壳，包括内部区域和外部区域，外部区域包围内部区域，内部区域包括燃料颗粒及燃料颗粒分布区域，外部区域为复合碳化硅包壳区域；所述气冷小堆采用处于超临界态的二氧化碳作为冷却剂，冷却剂从密封燃料组件底部进入、从密封燃料组件顶部出来，和燃料元件发生对流传热，最终二氧化碳将热量传递给热电转换系统，从而实现热能到电能的转变。

优选地，燃料元件为球形，即燃料球。

优选地，复合碳化硅作为包壳时的层数为2~8层。

优选地，燃料颗粒分布区域为燃料颗粒随机镶嵌在石墨基质内，核裂变反应在燃料颗粒内部发生。

优选地，所述燃料颗粒为抗熔化燃料颗粒。

优选地，燃料颗粒的核心为碳化铀燃料，其中²³⁵U的富集度为15%至19%。

优选地，所述密封燃料组件为六面体结构。

优选地，所述密封燃料组件为棱柱型。

优选地，次临界模块的个数为2~10个，一个次临界模块包括7~170个密封燃料组件。

本发明还提供了一种安全控制如上所述可长途运输的气冷小堆的方法，所述方法为将超临界二氧化碳高温气冷堆分为若干个独立的次临界模块，次临界模块独立地被运输，到达目的地后，将所述若干个独立的次临界模块再组装成一个完整的超临界气冷堆。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：