[发明专利]一种液态金属冷却核反应堆，该反应堆中的氧气热力学活度的监测系统及氧气热力学活度的监测方法

说明书

发明所涉及的技术领域

本发明涉及核动力学，并可在含铅的液态金属冷却发电站中，尤其是在快中子反应堆中使用，在所述快中子反应堆的第一回路中使用的液态重金属冷却剂(ТЖМТ)为44.5％Pb和55.5％Bi的共晶合金和铅。

所述液态重金属冷却剂的特点为其对结构材料具有非常高的腐蚀性。

因此，在使用含铅的液态金属冷却剂时出现的主要技术问题是：

-要保证与含铅的液态金属冷却剂接触的结构材料的耐腐蚀性；

-要保证冷却剂本身以及循环回路设备内表面的必要的清洁度(避免装置的个别区域出现渣化)。

同时，溶解在液态重金属冷却剂中的氧气浓度对与液态重金属冷却剂接触的管道和设备表面的腐蚀行为有显著影响。

由于铅和铋对氧气的亲和性要比铁和铬低，所以在与含有溶解氧的铅或铅铋的熔体接触的钢的表面上形成了非常薄的(1-10微米)，与基体结合良好的，结实的氧化膜。由于存在这种氧化膜，所以结构材料的耐腐蚀性显著增强。

因此，目前氧气钝化(缓蚀)表面是保护与液态重金属冷却剂接触的结构材料的主要方法，该方法包括在材料的表面形成并维持氧化膜。

由于氧化膜的性质，冷却剂中氧气的热力学活度水平在很大程度上决定了在装置运行过程中的氧化膜的状态。

当溶解到冷却剂(铅，铅铋)中的氧气浓度降低到临界值以下时将不会对结构钢提供可靠的防腐蚀保护。

另一方面，在冷却剂中存在显著量的氧气也不好，因为这会导致在冷却剂中积累了超出允许量的固体氧化物。

所有这些都要求持续监测在任何规定的运行模式下的冷却剂中的氧气热力学活度是否维持在规定的数值。

背景技术

已知一种核动力装置，其包括液态金属冷却核反应堆，蒸汽发生器，循环泵及液态金属冷却剂状态监测系统，所述核反应堆的壳体具有设置在冷却剂水平线下的堆芯，所述监测是通过使用一个浸没在冷却剂内并连接有测量部件的控制元件对氧气热力学活度进行持续测量来实现的。[马丁诺夫П.Н.,阿斯哈杜林Р.Ш.,西马科夫А.А.等人.《铅铋(铅)的冷却剂和核动力装置回路表面状态的自动化的预测监控和控制系统的创建》，第三次行业间科学实践会议论文集《核工艺中液态重金属冷却剂》。奥布宁斯克，2008年9月15-19日，共二卷。奥布宁斯克：国家科学中心俄罗斯联邦物理能源大学，2010年，第一卷，128-136页]

但是，由于无法了解到在回路的不同部位及在不同操作模式下的氧气热力学活度的真实数值，所以所得的数据并不总是客观的，这会导致核装置回路的“冷的”部分中氧化相的渣化和结晶，及“热的”区域中结构材料内表面的保护性氧化层的破坏。

因此，为了保证循环液体金属冷却核装置运行的安全和可靠性，一定要将冷却剂中的氧气热力学活度维持在一定水平，因此要对这个参数进行可靠且准确的监测。

除此之外，改变所有核装置的运行模式(改变功率，冷却剂的流量)是获取关于氧气热力学活度与温度的关系的操作信息的通常做法，这是非常不合适的。

发明内容

本发明的技术任务是保证在液态金属冷却剂中氧气热力学活度状态监测的可靠性并能在任何规定的核装置运行模式下维持其状态。

本发明是技术成果为通过获取连续的准确的关于反应堆通流部分中液态金属冷却剂的物理化学过程的数据而提高反应堆运行的可靠性。

上述技术通过创建一种液态金属冷却核反应堆来实现，其包括装有设置在冷却剂水平线下的堆芯的壳体，蒸汽发生器，循环泵及包含设置在反应堆内与测量部件连接的控制元件的液态金属冷却剂状态监测系统，其中所述监测系统的控制元件为设置在反应堆壳体中间部分和周边部分的，其传感元件位于液态金属冷却剂层中的氧气热力学活度传感器，以及一个设置在液态金属冷却剂水平线上方并能够定期浸入到冷却剂中的附加的氧气热力学活度传感器。

氧气热力学活度传感器的数量可以是不同的，增加其数量会提高测量的准确性。但是，传感器的安装与破坏反应堆壳体的完整性相关，因此，优选地，其传感元件位于液态金属冷却剂层中的氧气热力学活度传感器的数量不少于两个。此时，其中一个传感器位于冷却剂从堆芯排出的区域内的反应堆壳体的“热的”中间部分，而第二个位于壳体周边的“冷的”部分。

由于设置在冷却剂水平线上方的附加的氧气热力学活度传感器是定期运行的，因此其安装有垂直位移机构以使该传感器的传感元件能浸入到冷却剂层中。

优选地，所述附加的氧气热力学活度传感器设置在反应堆壳体中间部分的冷却剂水平线上方。