[实用新型]一种使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆

说明书

本实用新型公开了一种使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆。所述球床型反应堆包括圆柱形堆芯容器、燃料球引导管、燃料球收集器以及若干三层小型燃料球；若干三层小型燃料球随机地分布在圆柱形堆芯容器内部，圆柱形堆芯容器下底板通过燃料球引导管连接燃料球收集器；一定情况下，三层小型燃料球通过下底板移出圆柱形堆芯容器，通过燃料球引导管落入燃料球收集器，使得严重事故下球床型反应堆能够快速进入深度次临界状态；圆柱形堆芯容器内部使用四氧化二氮作为冷却剂。本实用新型采用价格低廉的四氧化二氮作为冷却剂，大大地降低了使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆的建造成本，提高了球床型反应堆的经济性。

技术领域

本实用新型涉及核工程领域，具体涉及一种使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆。

背景技术

目前的球床型反应堆主要有两种，以氦气作为冷却剂的球床型反应堆——高温气冷堆(周旭华，李富，王登营等.不连续因子应用于高温气冷堆三维扩散计算[J].原子能科学技术，2009(3)：237-241.)以及以氟锂铍作为冷却剂的球床型反应堆(Wei Qin,KunYang,Jingen Chen.Dancoff factor analysis for pebble bed fluoride salt cooledhigh temperature reactor[J].Progress in Nuclear Energy,2016,88:332-329.)——氟盐冷却高温球床堆，球床型反应堆固有安全性高，燃耗深度较大，功率分布较为均匀，是一类较为理想的核反应堆。球床型反应堆除了发电应用外，还可以用于产热、制氢、海水淡化等，因此具有较为广泛的市场应用价值。本实用新型提出一种使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆，它可以作为高温气冷堆、氟盐冷却高温球床堆的补充堆型，同样可以用于发电、产热、制氢、海水淡化等，且四氧化二氮价格便宜，因此使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆具备较大的市场潜力。此外，无论是氦气或者氟锂铍作为冷却剂的球床型反应堆，其体积均较大，对厂址要求较高，使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆有望实现反应堆体积的小型化。

实用新型内容

为了克服现有氦气冷却剂价格较贵、难以获得等缺点，本实用新型提出了一种使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种使用四氧化二氮作为冷却剂的球床型反应堆，包括圆柱形堆芯容器、燃料球引导管、燃料球收集器以及若干三层小型燃料球；

其中，所述三层小型燃料球从内到外分别为二氧化铀燃料核心层、碳基材料缓冲层和铁铬铝合金包壳层；

若干三层小型燃料球随机地分布在圆柱形堆芯容器内部，圆柱形堆芯容器下底板通过燃料球引导管连接燃料球收集器；一定情况下，三层小型燃料球通过下底板移出圆柱形堆芯容器，通过燃料球引导管落入燃料球收集器，使得严重事故下球床型反应堆能够快速进入深度次临界状态；圆柱形堆芯容器内部使用四氧化二氮作为冷却剂。

进一步地，所述三层小型燃料球的半径为1cm至2cm；二氧化铀燃料核心层位于三层小型燃料球的最中心位置，中子与核心中的二氧化铀燃料发生核裂变反应，产生热量，热量被碳基材料缓冲层传导出来；碳基材料缓冲层包裹在二氧化铀燃料核心层外，作为二氧化铀燃料核心层和铁铬铝合金包壳层之间的缓冲层，起到包容裂变气体的作用；铁铬铝合金包壳层包裹在碳基材料缓冲层外，起到保护二氧化铀燃料核心层的作用；这种三层小型燃料球能够耐高温、耐撞击，这些特性使得三层小型燃料球在球床型反应堆中可以保持其完整性，从而降低三层小型燃料球的失效率。

进一步地，所述圆柱形堆芯容器中，三层小型燃料球堆积到整个圆柱形堆芯容器的二分之一高度之上；圆柱形堆芯容器的大部分空间由三层小型燃料球占据，其余空间由四氧化二氮占据。

进一步地，为了获得更好的热效率，四氧化二氮的温度为400℃～1000℃。