[发明专利]一种液态燃料熔盐堆的反应性控制方法

说明书

本发明公开了一种液态燃料熔盐堆的反应性控制方法。所述液态燃料熔盐堆包括堆芯筒体、燃料盐和石墨球；所述燃料盐填充于所述堆芯筒体中；所述石墨球浮于燃料盐中；通过调节所述石墨球的量控制所述液态燃料熔盐堆的反应性，所述液态燃料熔盐堆的反应性控制的阶段为首次临界、临界运行和停堆中一个或多个。本发明的液态燃料熔盐堆的反应性控制方法安全隐患少、设备简单、操作简便、有效且成本低。

技术领域

本发明涉及一种液态燃料熔盐堆的反应性控制方法。

背景技术

液态燃料熔盐堆作为第四代核能系统中唯一的液态燃料反应堆，其核燃料熔融于液态载体盐中形成燃料盐，燃料盐同时作为堆芯燃料和冷却剂，慢化剂通常为石墨。

核反应堆的反应性控制的主要任务是采取合理有效的控制方式，在确保安全前提下，实现首次临界，临界运行过程中堆芯剩余反应性的控制、功率峰因子的降低、反应堆功率的调节和其他反应性损失的补偿，以及停堆。反应性控制的主要途径包括改变堆内中子吸收、改变中子慢化性能、改变燃料的含量和改变中子泄漏。

由于液态燃料熔盐堆的设计特殊性，其现有的反应性控制方法主要为外部控制方法，如含强中子吸收体(如碳化硼等)的控制棒、控制鼓和移动反射层等。其中，控制棒主要通过合理的空间布置和轴向移动来实现反应性控制，其优点是可以控制反应性的快速变化，其缺点是较大的轴向移动距离会增加反应堆的轴向尺寸，且控制棒加工精度要求高、结构相对复杂。控制鼓主要通过改变鼓体上的中子吸收体位置进行反应性控制，布置在径向反射层中，其优点是转动平稳、可节省轴向空间，其缺点是转动鼓两侧的高温差加大了实现工艺的困难、转动鼓的布置增加了堆芯燃料装载量、较大功率的驱动机构使得紧急停堆较为困难。移动反射层通过调节堆芯中子泄漏来控制反应性，其优点是较低的反射层工作温度降低了材料的辐照损伤，其缺点是移动反射层在事故时容易变形和脱落，移动反射层沿轴向直线运动，增加了反应性控制系统的复杂性。此外，上述外部控制方法需要复杂的控制驱动机构和控制逻辑，容易发生卡棒、掉棒、卡鼓、反射层变形和脱落以及驱动机构的失效等故障，给液态燃料熔盐堆的运行增加了安全隐患。同时，液态燃料熔盐堆应需要实现在线添料与在线后处理。当采用外部控制方法时，因反应堆停堆需要一定的停堆裕度，那么堆芯可预留的剩余反应性较小(如2000pcm左右)，当堆芯以较高的热功率运行时，为维持临界运行，需要很多次的在线添料与在线后处理，为反应堆的运行增加了难度和成本。此外，控制棒或控制鼓的控制价值会随着堆芯运行而逐渐降低，为保证足够的停堆裕度，液态燃料熔盐堆以较高功率长期运行时，可能需要停堆更换控制棒或控制鼓的中子毒物。

内部控制方法一般作为外部控制方法失效时的替代方式使用或配合外部控制方法共同控制熔盐堆的反应性，例如排燃料盐、往控制棒套管或其他功能套管中注入中子毒物、改变燃料盐成分等。但是，单一的内部控制方法或者仅限于实现停堆，或者操作不便。

其中，排燃料盐是将堆芯筒体内的燃料盐排放到外置罐体(通常称为排放罐或储存罐)中。该种方法仅适用于外部控制方法失效、事故工况需要停堆或者长期停堆工况，一旦开启，燃料盐将一次性排放到外置罐体中，堆芯反应性将逐渐降低直至停堆，即只能实现停堆功能。

注入中子毒物也仅适用于外部控制方法失效，主要是控制棒卡棒，因卡棒造成控制棒中的固态中子毒物无法插到套管中，此时往空的套管中注入液态中子毒物(如NaBF₄-NaF)，实现快速停堆，但是与固态中子毒物相比，液态中子毒物一旦注入，无法根据实际需要取出，即无法实现燃耗补偿、功率提升等功能，只能实现停堆功能。