[发明专利]一种制备熔盐反应堆燃料盐的装置和方法

说明书

本发明涉及一种制备熔盐反应堆燃料盐的装置，包括与反应系统连接的供气系统和尾气处理系统，该反应系统包括容置有还原性金属的反应釜和用于对反应釜进行加热的反应加热炉，该供气系统包括向反应釜中提供惰性气体和/或UF₆气体的供气设备，该尾气处理系统包括用于吸附反应釜中过量的UF₆气体和尾气的处理设备。本发明还提供一种利用上述装置制备熔盐反应堆燃料盐的方法。本发明直接在熔盐中还原UF₆制备UF₃和/或UF₄来获得燃料盐，简化燃料盐的生产流程，具有工艺流程短、操作简单灵活、无放射性粉末操作、节约原料成本、节约能源等诸多优点。

技术领域

本发明涉及核燃料制备技术领域，更具体地涉及一种制备熔盐反应堆燃料盐的装置和方法。

背景技术

熔盐堆是四代堆中唯一的液态燃料反应堆，其主要特征是使用熔融氟盐作为核燃料载体盐和/或冷却剂。在液态燃料熔盐堆中，核燃料以氟化物(ThF₄、UF₄等)形式均匀溶解于氟化物熔盐(如LiF-BeF₂)中，构成无固定几何形状的可流动液态燃料盐，这种流动燃料具有燃耗深、可在线处理等诸多优点。早在上世纪民用核能起步时期，美国橡树岭国家实验室(ORNL)即对熔盐堆开展了较深入的研究，并建立和成功运行了世界上迄今为止唯一的熔盐实验堆(MSRE试验)，1970s初期因各种原因ORNL的熔盐堆项目被中止。但是，由于其固有的优异特性，熔盐堆近年来又重新受到全球性的关注。

熔盐堆燃料(燃料盐)是熔盐堆的“粮食”，它在反应堆内以液态熔盐的形式存在，与现有商用反应堆内的固态燃料显著不同。相关研发经验主要是美国ORNL在上世纪50-70年代的技术积累，其他国家的研究多以此为基础。根据反应堆物理设计，燃料盐可以有LiF-BeF₂-UF₄、LiF-BeF₂-UF₄-ZrF₄等各种形式。上世纪60年代美国ORNL的熔盐实验堆研究(MSRE)采用了LiF-BeF₂-UF₄-ZrF₄四元熔盐，根据其物理设计，燃料盐的生产方式是先分别制备LiF-BeF₂-ZrF₄和LiF-UF₄熔盐，之后在反应堆中混合得到堆用燃料盐LiF-BeF₂-UF₄-ZrF₄。其生产原料主要是LiF、BeF₂、UF₄、ZrF₄这几种氟化物，生产工艺流程主要是：粉末混合、共熔；H₂/HF除氧、除硫；H₂还原熔盐中的金属离子；过滤除杂。ORNL当年用该工艺成功地制备出了MSRE试验堆的燃料盐。但是，该工艺以UF₄为原料，而浓缩铀最初都是以UF₆形式存在，这就意味着首先要将浓缩UF₆转化为UF₄粉末，这需要增加燃料的生产和运输成本。

发明内容

为解决上述现有技术存在的以UF₄为原料制备燃料盐的成本高的问题，本发明旨在提供一种制备熔盐反应堆燃料盐的装置和方法。

本发明提供一种制备熔盐反应堆燃料盐的装置，包括与反应系统连接的供气系统和尾气处理系统，该反应系统包括容置有还原性金属的反应釜和用于对反应釜进行加热的反应加热炉，该供气系统包括向反应釜中提供惰性气体和/或UF₆气体的供气设备，该尾气处理系统包括用于吸附反应釜中过量的UF₆气体和尾气的处理设备。

该装置还包括与供气系统连接的熔盐供应系统，该熔盐供应系统包括熔盐储存罐和用于对熔盐储存罐进行加热的熔盐加热炉。