[发明专利]一种熔盐堆径向屏蔽结构及含其的熔盐堆

说明书

本发明公开了一种熔盐堆径向屏蔽结构及含其的熔盐堆。该熔盐堆径向屏蔽结构，从熔盐堆的活性区至外围的方向，依次包括：反射层、含硼石墨层、合金屏蔽层，其中，所述反射层包覆熔盐堆的活性区，所述含硼石墨层包覆所述反射层，所述合金屏蔽层包覆所述含硼石墨层。本发明熔盐堆径向屏蔽结构不仅可减少熔盐堆堆内结构材料和堆容器材料的辐照损伤，包括离位原子损伤率和氦产生率，同时可有效降低堆外中子和光子的辐射剂量。

技术领域

本发明涉及一种熔盐堆径向屏蔽结构及含其的熔盐堆。

背景技术

熔盐堆作为第四代核反应堆，具有经济、安全、可持续、防核扩散等优点。小型模块化熔盐堆SM-MSR(small modular reactor)具有选址灵活、安装模块化等优点，将熔盐堆固有的安全性、在线换料和良好的中子经济性等优点结合起来，具有良好的发展前景。但由于其内部结构件不易更换，外屏蔽结构有限，需要关注反应器的寿命及其反应器内屏蔽设计。

目前的反应堆一般使用钨、铅、不锈钢等重元素来屏蔽光子，而水、混凝土、石墨或碳化硼等较轻的材料则用来屏蔽中子。大多数屏蔽设计的目标是反应堆建筑物外的辐射防护。而对反应堆内部材料的屏蔽分析却没有引起足够的重视。

在MSFR(熔盐快堆)中，采用弯曲侧壁作为堆内屏蔽结构来减少对主容器的辐射损伤。在HTGR(高温气冷堆)中，堆内屏蔽采用堆芯固定的反射层块慢化快中子，并采用碳化硼(B₄C)与碳的压制结合物和sus316不锈钢外壳组成的侧屏蔽层作为反应器内屏蔽。但是在熔盐堆内，堆内含硼材料不能采用碳化硼，主要因其与熔盐不兼容。在压水堆中，作为堆芯冷却剂和慢化剂的水本身对主容器有很好的屏蔽作用，对中子的衰减有着明显的效果，而小型模块化堆内结构材料选用的是石墨，其慢化能力比水弱，且熔盐堆内燃料直接与堆芯罐、反应堆容器等结构材料相接触，反应产生的中子通量和γ通量也相对较大，对材料的耐辐照和耐腐蚀性能要求较高。

在小型模块化熔盐堆中，石墨反射器也可以减少主容器的快中子损伤，但它带来了较高的热中子通量，会在主容器中产生大量的氦。目前小型模块化熔盐堆处在概念设计阶段，研究较多的是中子物理和热工安全这两方面，在堆整体屏蔽设计这一阶段的研究较少。

综上所述，由于其小型化、堆内通量高、堆整体屏蔽重量和厚度受限等特殊性，如何采用堆内屏蔽方法降低堆容器氦脆和结构材料辐照损伤dpa，同时减轻堆外屏蔽设计厚度是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的小型模块化熔盐堆的堆内结构材料和堆容器材料辐照损伤大的缺陷，提供一种熔盐堆径向屏蔽结构及熔盐堆。该熔盐堆径向屏蔽结构不仅可减少熔盐堆堆内结构材料和堆容器材料的辐照损伤，包括离位原子损伤率和氦产生率，同时可有效降低堆外中子和光子的辐射剂量。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题。

一种熔盐堆径向屏蔽结构，从熔盐堆的活性区至外围的方向，依次包括：反射层、含硼石墨层、合金屏蔽层，其中，所述反射层包覆熔盐堆的活性区，所述含硼石墨层包覆所述反射层，所述合金屏蔽层包覆所述含硼石墨层。

本发明中，所述熔盐堆是指本领域常规的小型模块化熔盐堆。所述熔盐堆的热功率可为本领域常规的小型模块化熔盐堆的热功率，例如150MWt。

本发明中，所述活性区是指本领域常规的小型模块化熔盐堆中的活性区。

其中，所述活性区可按本领域常规由燃料组件阵列组装而成。较佳地，所述燃料组件为石墨构件和位于其中心的熔盐通道组成的最小单元；所述石墨构件较佳地为六棱柱石墨。

其中，所述活性区的半径可为本领域常规的小型模块化熔盐堆的活性区的半径，例如为135cm。