[发明专利]一种熔盐快堆

说明书

本发明公开了一种熔盐快堆。熔盐快堆包括活性区，活性区包括燃料盐区和冷却区；冷却区中的冷却剂为超临界二氧化碳。本发明的熔盐快堆可以实现较高的堆芯出口温度和较高的最大输出热功率，可实时监测堆内的反应性，且冷却剂对堆芯结构材料的腐蚀小，减少堆芯维护工作，提升了熔盐快堆的紧凑型和经济性。

技术领域

本发明涉及一种熔盐快堆。

背景技术

在第四代先进核能系统推荐的六种堆型中，熔盐堆是唯一一个液态燃料堆，具有固有安全性、高经济性、高热效率以及最高等级的可持续发展性和防核扩散性等特性。液态燃料熔盐堆可以设计为热堆(即熔盐热堆)，也可以设计为快堆(即熔盐快堆)。熔盐快堆中无需加入慢化剂，具有较高的增殖和嬗变性能，同时减少了因堆芯结构材料辐照而产生的杂质和堆芯维护工作，提高了运行经济性。

当前，熔盐快堆通常设计成一种罐式结构(如MOSART和MSFR)，其中燃料盐同时作为核燃料和冷却剂。虽然燃料盐可以吸收很多热量，但传热太慢，限制了熔盐堆的出口温度，如MOSART和MSFR的堆芯出口温度分别为720℃和750℃。其堆芯中仅采用一种流体，无法达到工艺加热用的最佳温度。为此，位于德国柏林的固体物理研究提出了一种双流熔盐堆(DFR)，该反应堆采用液态熔盐作为核燃料，熔融态铅作为冷却剂，可以使反应堆具有更高的堆芯出口问题(1127℃)。然而，DFR因采用液态熔融铅作为冷却剂，存在着诸多技术难题，如液态铅的不透明性(是指对于γ和中子的不透明性，导致无法对反应堆内反应性进行实时检测)，铅冷却剂的密度高所带来极大的泵负载，高温高速工况下液态熔融铅对结构材料的腐蚀和侵蚀等。

因此，本领域亟需开发一种堆芯出口温度高，能够实时监测堆内反应性，且采用的冷却剂对堆芯结构材料腐蚀小的液态熔盐反应堆。

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熔盐快堆的堆芯出口温度普遍较低，当采用液态熔融铅作为冷却剂时，虽然达到了较高的堆芯出口温度，但又存在液态熔融铅不透明、密度高、腐蚀性高等缺陷。为克服上述缺陷本发明提供一种熔盐快堆。本发明的熔盐快堆可以实现较高的堆芯出口温度和较高的最大输出热功率，可实时监测堆内的反应性，且冷却剂对堆芯结构材料的腐蚀小，减少堆芯维护工作，提升了熔盐快堆的紧凑型和经济性。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种熔盐快堆，其包括活性区，所述活性区包括燃料盐区和冷却区；所述冷却区中的冷却剂为超临界二氧化碳。

本发明中，所述冷却区的单位体积换热面积可为2～358m²/m³，较佳地为37～290m²/m³，更佳地为47～162m²/m³，进一步更佳地为130～162m²/m³。所述单位体积换热面积是指平均每立方米冷却区的换热面积。

本发明中，所述活性区中，所述燃料盐区和所述冷却区的体积比可为(3～25)：1，较佳地为(3～20)：1，更佳地为(8～20)：1。

本发明中，所述活性区的形状可为本领域常规，一般可为中空圆柱体或中空六棱柱。所述活性区的等效直径可为20～200cm，较佳地为100～200cm，更佳地为145～200cm。所述活性区的等效高度可为20～200cm，较佳地为134～200cm，更佳地为145～200cm。

本发明中，所述活性区按本领域常规，可包括堆芯内壳。所述堆芯内壳的形状可为本领域常规，一般可为中空圆柱体、中空球体或中空六棱柱体。所述堆芯内壳的壁厚可为本领域常规，较佳地为0.5～8cm，更佳地为2～8cm。所述堆芯内壳的材料可为镍基合金、钼基合金、铼基合金、铌基合金或锆基合金，较佳地为由镍、钼、铼、铌和锆中的任意两种或多种组成的合金，例如镍钼合金、钼铼合金或铌锆合金。