[发明专利]一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯

说明书

本发明公开了一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯：包括堆芯活性区、径向反射层、上部反射层和下部反射层；堆芯活性区有5种组件形式，包括堆芯一区燃料组件、堆芯一区补偿棒组件、堆芯二区燃料组件、堆芯二区补偿棒组件和堆芯二区安全棒组件；5种组件采用6圈正六边形布置；燃料元件采用TRISO+螺旋十字型式，呈三角形排布；本发明堆芯设计总体积和重量小，燃耗高，换料周期长；结合了螺旋十字型燃料优异的热工水力性能和TRISO燃料高固有安全性的优势；基于该堆芯设计的氟盐冷却高温堆能量系统，既能高效发电，又能实现高温工艺热的综合利用，经济性高。

技术领域

本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯。

背景技术

熔盐堆最早研究始于20世纪50年代，熔盐堆将裂变材料、可转换材料和裂变产物溶解在高温氟盐中，氟盐既作为裂变燃料和冷却剂。21世纪初，橡树岭国家实验室提出熔盐冷却的固体燃料反应堆，氟盐只作为冷却剂，并不作为裂变燃料。氟盐冷却高温堆(Fluoride-salt-cooled High-temperature Reactor，FHR)有机结合了高温气冷堆的高温高燃耗燃料技术、熔盐堆的高温低压熔盐冷却技术和液态金属冷却快堆的非能动安全技术，进一步提高了反应堆运行的安全性和经济性，在众多反应堆堆型中优势凸显。目前已有的FHR的燃料元件型式有板状、圆柱状、球状及棱柱状，其中板状和圆柱状型燃料元件需要采用定位格架，球状和棱柱状型燃料元件存在燃料最高温度较高的问题，FHR的燃料元件常采用TRISO燃料。因此，消除燃料元件定位格架间的影响和降低燃料最高温度，同时结合TRISO燃料的优势变得非常重要。

发明内容

本发明旨在克服上述缺陷，提出一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯，可以消除定位格架间的问题和降低燃料最高温度，具有较好的换热能力、较高的固有安全性以及较高的燃耗，同时又能满足反应堆的小型模块化建造。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固有安全一体化小型氟盐冷却高温堆堆芯，堆芯中心活性区共91盒组件，包括第一圈组件1，第二圈组件2，第三圈组件3，第四圈组件4，第五圈组件5，第六圈组件6共6圈组件；所述堆芯活性区上层是上部反射层7，下层是下部反射层8，周向层是径向反射层9；

所述第一圈组件1位于堆芯活性区中心，包括1盒堆芯一区补偿棒组件11；所述第二圈组件2在第一圈组件1外侧呈正六边形排布，包括6盒堆芯一区燃料组件10；所述第三圈组件3在第二圈组件2外侧呈正六边形排布，包括6盒堆芯一区燃料组件10和6盒堆芯一区补偿棒组件11，6盒堆芯一区燃料组件10位于正六边形的六个顶点，6盒堆芯一区补偿棒组件10位于正六边形六条边的中点；所述第四圈组件4在第三圈组件3外侧呈正六边形排布，包括12盒堆芯二区燃料组件12和6盒堆芯二区补偿棒组件13，6盒堆芯二区补偿棒组件13位于正六边形的六个顶点，2盒堆芯二区燃料组件12位于正六边形每条边的顶点之间；所述第五圈组件5在第四圈组件4外侧呈正六边形排布，包括6盒堆芯二区补偿棒组件13和18盒堆芯二区燃料组件12，6盒堆芯二区补偿棒组件13位于正六边形六条边的中点，6盒堆芯二区燃料组件12位于堆芯正六边形的六个顶点，1盒堆芯二区燃料组件12位于正六边形每条边的顶点与中点之间；所述第六圈组件6在第五圈组件5外侧呈正六边形排布，包括6盒堆芯二区补偿棒组件13，12盒堆芯二区安全棒组件14和12盒堆芯二区燃料组件12，6盒堆芯二区补偿棒组件13位于正六边形的六个顶点，2盒堆芯二区安全棒组件14位于正六边形每条边中点的两侧，1盒堆芯二区燃料组件12位于正六边形每条边的堆芯二区补偿棒组件13和堆芯二区安全棒组件14之间。