[发明专利]液态熔盐堆超铀燃料运行固有安全性的改善方法

说明书

本发明公开了一种液态熔盐堆超铀燃料运行固有安全性的改善方法，其包括以下步骤：S1、将燃料盐和中子吸收体混合，得到超铀燃料；所述燃料盐包括基盐和超铀元素的氟盐；S2、将所述超铀燃料作为液态熔盐堆的燃料并运行所述液态熔盐堆；其中，所述超铀燃料与所述石墨慢化组件的体积比为5％～40％；在运行过程中在线补加所述超铀元素的氟盐，以维持堆芯反应的临界值为1.0～1.01，且不超过所述超铀元素的氟盐在所述基盐中的溶解上限。该方法在液态熔盐堆回收利用TRU，实现了较好的负温度反馈，保证了液态熔盐堆超铀燃料运行的固有安全性。

技术领域

本发明属于核反应堆工程设计领域，具体涉及一种液态熔盐堆超铀燃料运行固有安全性的改善方法。

背景技术

当前商用堆燃料循环采用“一次性”通过循环方式和固态燃料组件，燃料利用率低，乏燃料中高放射性的超铀元素(TRU)含量高，是目前核能长期健康发展面临的一大难题。回收利用超铀元素是解决降低当前核废料储存，实现核能可持续发展的有效途径之一。由于乏燃料中TRU中易裂变元素含量高(＞50％)，可以作为液态熔盐堆的燃料，利用液态熔盐堆回收利用TRU，变废为宝。但是由于TRU中易裂变元素(例如Pu239和Pu241)在热中子能量(0.02eV～0.04eV)范围内存在明显的裂变共振峰，会引起正温度反馈，不利于液态熔盐堆运行的固有安全性。改善正温度反馈问题是液态熔盐堆回收利用乏燃料中TRU的首要问题之一。

发明内容

本发明为了克服现有技术中液态熔盐堆回收利用乏燃料中超铀元素(TRU)存在正温度反馈问题而不利于液态熔盐堆运行的固有安全性的缺陷，从而提供了一种液态熔盐堆超铀燃料运行固有安全性的改善方法。该方法在液态熔盐堆回收利用乏燃料中的TRU，实现了较好的负温度反馈，保证了液态熔盐堆超铀燃料运行的固有安全性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种液态熔盐堆超铀燃料运行固有安全性的改善方法，其包括以下步骤：

S1、将燃料盐和中子吸收体混合，得到超铀燃料；所述燃料盐包括基盐和超铀元素的氟盐，所述超铀元素的氟盐在所述燃料盐中的初始摩尔百分比为0.01％～0.1％；所述中子吸收体在热中子能量范围内存在共振吸收峰；

S2、将所述超铀燃料作为液态熔盐堆的燃料并运行所述液态熔盐堆；其中，所述液态熔盐堆为石墨慢化通道式液态熔盐堆，其堆芯内部布置有若干个含通道的石墨慢化组件，所述超铀燃料填充于所述石墨慢化组件的通道中；

所述超铀燃料与所述石墨慢化组件的体积比为5％～40％；

在运行过程中在线补加所述超铀元素的氟盐，以维持堆芯反应的临界值为1.0～1.01，且不超过所述超铀元素的氟盐在所述基盐中的溶解上限。

本发明中，步骤S1中，所述中子吸收体可为镭226(Ra226)、铟115(In115)、铪117(Hf177)、铑103(Rh103)、铕151(Eu151)和铒167(Er167)中的一种或多种。所述热中子能量范围一般为0～1.5eV。所述镭226在中子能量为0.5eV时存在明显可见的吸收共振峰；所述铟115在中子能量为1.1eV时存在明显可见的吸收共振峰；所述铪117在中子能量为1eV时存在明显可见的吸收共振峰；所述铑103在中子能量为1eV时存在明显可见的吸收共振峰；所述铕151在中子能量为0.5eV时存在明显可见的吸收共振峰；所述铒167在中子能量为0.46eV时存在明显可见的吸收共振峰，且共振吸收截面为10000barn。

本发明中，步骤S1中，所述中子吸收体较佳地为铒167。所述铒167的质量较佳地为80～160g，例如为88.5g、120g、124.2g、125.2g、129.6g、140g、143.8g、150g、152.4g、154.3g或155g。