一种小型氟盐冷却高温堆堆芯的制作方法

本发明涉及反应堆设计技术领域，具体涉及一种小型氟盐冷却高温堆堆芯。

背景技术：

2003年，charlesw.forsberg等人基于液态燃料熔盐堆技术并结合其他先进反应堆堆型设计理念，提出了固态燃料熔盐堆概念，即氟盐冷却高温堆(fhr，fluoridesalt-cooledhigh-temperaturereactor)。氟盐冷却高温堆融合了高温气冷堆的高温高燃耗燃料技术、熔盐堆高温低压熔盐冷却剂技术以及钠冷快堆的非能动安全系统设计技术，使其经济性、安全性大为提高。随后，美国和中国都提出了大型商业化fhr系统的概念设计方案，燃料元件有板状、球状、圆柱状及棱柱状，功率在100mwth以上，而小型模块化、应用灵活的堆芯设计尚鲜有报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于扩展固态燃料熔盐堆的应用范围，提供一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，为偏远山区、海岛等地区提供经济可行、安全可靠的电能或/及热能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，包括中心控制系统孔道区，包覆在中心控制系统孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区1，填充在永久铍层区1和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区4；所述活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件6和包围在内环燃料组件6外的十二个外环燃料组件5；活性区上部依次有上石墨反射层3和上搅浑腔室2，活性区下部依次有下石墨反射层9和下搅浑腔室10；所述中心控制系统孔道区包括中央下降孔道8和包围在中央下降孔道8外部的控制棒孔道7，中央下降孔道8的上部穿透上石墨反射层3，下部穿透下石墨反射层9，连通上搅浑腔室2和下搅浑腔室10。

所述内环燃料组件6和外环燃料组件5的结构相同，横截面均为六边形，包括中心燃料操作通道14，位于中心燃料操作通道14周围的石墨基体13，插入石墨基体13中的二百一十六个燃料元件通道12和一百零八个冷却剂通道11；燃料元件通道12和冷却剂通道11的排布关系为：以相邻六个燃料元件通道12的圆心为中心，围成六边形，该六边形中心为一个冷却剂通道11。

冷却剂采用氟化盐lif-bef2，lif和bef2的摩尔比为2:1。

所述中央下降孔道8的横截面为圆形，控制棒孔道7的横截面为六边形。

所述小型氟盐冷却高温堆堆芯总高小于3米，总重量在14吨以内，能通过车载运输。

所述小型氟盐冷却高温堆堆芯的设计功率为20mwth。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1)本发明小型氟盐冷却高温堆堆芯采用小型化设计，避免了大型压力容器及其他大型传热及结构件的加工制造。由于单个机组功率小，核心设备可通过车载运输，避免了目前大型反应堆构建依靠船舶运输的限制，从而拓展了核电厂建设的范围。

2)由该高温堆堆芯设计搭建的发电机组建设周期短，可以多机组并网，具有模块化特点；基于该堆芯设计，辅以相应设备和回路组建而成的氟盐冷却高温堆，既能供电，又能提供高温工艺热，具有多用途的特点。

附图说明

图1为本发明小型氟盐冷却高温堆堆芯纵截面示意图。

图2为本发明小型氟盐冷却高温堆堆芯横截面示意图。

图3为六分之一燃料组件示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，包括中心控制系统孔道区，包覆在中心控制系统孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区1，填充在永久铍层区1和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区4；所述活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件6和包围在内环燃料组件6外的十二个外环燃料组件5；活性区上部依次有上石墨反射层3和上搅浑腔室2，活性区下部依次有下石墨反射层9和下搅浑腔室10；所述中心控制系统孔道区包括中央下降孔道8和包围在中央下降孔道8外部的控制棒孔道7，中央下降孔道8的上部穿透上石墨反射层3，下部穿透下石墨反射层9，连通上搅浑腔室2下搅浑腔室10。

如图3所示，所述内环燃料组件6和外环燃料组件5的结构相同，横截面均为六边形，包括中心燃料操作通道14，位于中心燃料操作通道14周围的石墨基体13，插入石墨基体13中的二百一十六个燃料元件通道12和一百零八个冷却剂通道11。燃料元件通道12和冷却剂通道11的排布关系为：以相邻六个燃料元件通道12的圆心为中心，围成六边形，该六边形中心为一个冷却剂通道11。冷却剂与燃料元件不接触，从而可以防止放射性产物的沾滞。

作为本发明的优选实施方式，冷却剂采用氟化盐lif-bef2，lif和bef2的摩尔比为2:1。

作为本发明的优选实施方式，所述中央下降孔道8的横截面为圆形，控制棒孔道7的横截面为六边形。

作为本发明的优选实施方式，所述小型氟盐冷却高温堆堆芯总高小于3米，总重量在14吨以内，能通过车载运输。

作为本发明的优选实施方式，所述小型氟盐冷却高温堆堆芯的设计功率为20mwth。

为更好地说明本设计方案，现对其工作原理加以描述。

冷却剂经中央下降孔道8流入下搅浑腔室10，折返后向上进入活性区的内环燃料组件6和外环燃料组件5内的冷却剂通道11，带走燃料元件释放的裂变热，并由上搅浑腔室2流出。

技术特征：

技术总结
一种小型氟盐冷却高温堆堆芯，包括中心控制系统孔道区，包覆在中心控制系统孔道区外的活性区，最外层的永久铍层区，填充在永久铍层区和活性区间的空腔中的可替换的石墨反射层区；活性区采用双环形结构，包括六个内环燃料组件和十二个外环燃料组件；活性区上部依次有上石墨反射层和上搅浑腔室，活性区下部依次有下石墨反射层和下搅浑腔室；中心控制系统孔道区包括中央下降孔道和控制棒孔道，中央下降孔道的上部穿透上石墨反射层，下部穿透下石墨反射层，联通上搅浑腔室和下搅浑腔室；本发明堆芯设计总重量小，便于车载运输；基于该堆芯设计，辅以相应设备和回路组建而成的氟盐冷却高温堆，既能供电，又能提供高温工艺热，具有多用途的特点。

技术研发人员：王成龙;秦浩;秋穗正;田文喜;苏光辉
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2018.11.13
技术公布日：2019.03.22