一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯

摘要

本发明公开了一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯，包括裂变区、堆芯筒体、反射层、回流管道、分配区和反应堆压力容器；其中，裂变区位于堆芯筒体内，由多根燃料管道组成；燃料管道以六边形方式排布，液态核燃料在管道内部自下而上流动，冷却剂在管道外部向上流动；核燃料为液态熔盐，冷却剂为液态金属；燃料管道由上下栅板及缠绕在其外部的绕丝进行定位；液态金属反射层包裹在堆芯筒体外侧，并与堆芯筒体等高；回流管道置于反射层内，流经燃料管道内部的液体燃料自上而下流动，实现燃料在堆芯的循环；分配区位于堆芯入口，用于冷却剂和反射层材料的流量分配；该反应堆堆芯能量密度高、安全性能好，且结构简单。

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯。

背景技术

熔盐堆是四代核反应堆中唯一使用液体核燃料的反应堆，其安全性能高、经济性好、核不扩散能力强、核废料嬗变和燃料增殖特性优，与其它堆型相比，优势明显。目前国内的熔盐堆主要有液态燃料熔盐堆和球床式固体燃料熔盐堆两种形式。同样作为四代堆中的一种，液态金属反应堆采用液态金属进行冷却，铅合金化学性质稳定、自然循环能力强、沸点高，铅铋中子弹性散射截面较大，中子平均自由程较短，因此中子的泄漏率较低、反射效果好；同时，中子能谱也比较硬，燃料增殖比高，因此中子的经济性较高。

熔盐堆和液态金属堆各有其优势，本发明旨结合两类四代先进核反应堆的优势，开发一种结构简单、能量密度高、安全性能好的核反应堆堆芯，即液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯。

发明内容

本发明的目的在于提出一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯，该反应堆堆芯结构简单、安全性能好，能量密度高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯，包括裂变区13、包覆在裂变区13外围的堆芯筒体5、包覆在堆芯筒体5外侧的反射层6、包覆在反射层6外的反应堆压力容器9和位于堆芯入口的分配区10；所述堆芯裂变区13由多根燃料管道2组成，燃料管道2以六边形方式排布，液态核燃料1在燃料管道2内部自下而上流动，冷却剂4在燃料管道2外部也自下而上流动，液态核燃料1为液态熔盐燃料，冷却剂4为液态金属；所述燃料管道2的上端和下端分别由上栅格板12和下栅格板11以及缠绕在燃料管道2外部的定位绕丝3进行轴向和径向的定位；所述反射层6材料为液态金属，回流管道8置于反射层6中，流经燃料管道2内部的液体核燃料经回流管道8的内部自上而下流动，实现燃料的循环流动；所述分配区10位于堆芯入口，用于冷却剂和反射层材料的流量分配。

所述液态金属为铅或铅铋合金，由堆芯下部向堆芯上部流动，作为载热剂带走液态核燃料1裂变产生的热量。

所述液态熔盐燃料为UCl

所述燃料管道2的定位绕丝3为钨铼合金。

所述分配区10为流量分配孔板。

所述燃料管道2、堆芯筒体5、回流管道8及压力容器9均使用SiC材料。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1)本发明熔盐燃料在燃料管道内部流动，简化了堆芯结构的同时，避免了常规固体燃料事故工况中所带来的安全问题。

2)本发明中堆芯冷却剂采用液态金属(铅/铅铋)，并置于一个分隔开的回路，可以增加反应堆能量密度，从而提高反应堆功率。

3)本发明中反射层材料为液态金属铅/铅铋，可以降低燃料体积，从而减轻反应堆重量。

4)本发明燃料管道外缠绕有绕丝，起到定位作用的同时，也可增加冷却剂之间的搅混，强化换热，进而提高换热效率。

附图说明

图1为本发明液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯横截面示意图。

图2为本发明液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯纵截面示意图。

图3为燃料管道横截面示意图。

图4为燃料管道纵截面示意图。

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，本发明一种液态金属冷却绕丝定位熔盐堆堆芯，包括堆芯裂变区13、包覆在堆芯裂变区外围的堆芯筒体5、包覆在堆芯筒体5外侧的反射层6、包覆在反射层6外的反应堆压力容器9和位于堆芯入口的分配区10；所述堆芯裂变区13由多根燃料管道2组成，燃料管道2以六边形方式排布，液态核燃料1和液态金属的冷却剂4分别位于燃料管道2内外侧自下而上流动。

如图2、图3和图4所示，所述燃料管道2的上端和下端分别由上栅格板12和下栅格板11以及缠绕在其外部的定位绕丝3定位。

所述反射层6材料与冷却剂4材料相同，均为液态金属；回流管道8位于反射层6中，流经燃料管道2内部的液态熔盐燃料经回流管道8内部自上而下流动，实现堆芯燃料循环流动；所述分配区10位于堆芯入口处，用于堆芯冷却剂和反射层材料的流量分配。

所述堆芯裂变区13的冷却剂为液态金属(铅或铅铋合金)，由堆芯下部向堆芯上部流动，作为载热剂带走燃料管道2内部液态核燃料1裂变产生的能量。

作为本发明的优选实施方式，燃料管道2和回流管道8的数量根据反应堆功率需求确定。

作为本发明的优选实施方式，燃料管道2内的液态熔盐燃料为UCl

作为本发明的优选实施方式，燃料管道2的定位绕丝3的材料为钨铼合金。

作为本发明的优选实施方式，反射层6的材料的液态金属为铅或铅铋合金。

为更好地说明本设计方案，现对其工作原理加以描述：

液态熔盐燃料和液态金属冷却剂分别由燃料管道内、外侧流经堆芯裂变区，液态金属冷却剂由堆芯出口流出，液态燃料经由发射层中的回流管道重新返回堆芯入口，实现堆芯燃料的循环流动；同时，经分配区流量分配后的一部分液态金属充当堆芯筒体外围的反射层。