熔盐堆

摘要： 设计基于熔盐堆的间冷回热式氦气轮机循环系统并建立数学模型,介绍以布雷顿循环为原理的系统运行流程。使用控制变量法分析了关键因素:压缩机/透平效率、回热器性能、温比、低压压缩机入口压力对系统总效率的影响。分析结果表明:相较于压缩机效率,同幅度的透平效率提升使系统总效率值更高;换热端差和流动阻力都为系统的循环带来了一定程度的负担;存在使系统效率值最大的温比;计算发现,在特定情况下,系统最高温度越高,系统效率越高。总结、量化了这些因素对系统效率的影响。

摘要： 以钙基有机骨架材料(Ca-SINAP-1)为基体,将银离子在此材料上负载结合,成功制备出耐一定γ射线辐照(50 kGy)的载银钙基金属有机骨架材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积与孔容孔径分析仪对其进行表征分析,并研究了载银金属有机骨架材料对Xe的吸附能力。结果表明:银离子负载于钙基金属有机骨架材料表面,材料结构未发生明显改变;样品载银量为0.93%,Xe的吸附量达到最高(3.29 mmol/g),此时Xe/Kr的分离系数为10.71。随着载银量增加,Xe的吸附量减小,表明过多银负载可能会导致材料孔道堵塞,并不利于Xe的吸附。对于熔盐实验堆放射性尾气的处理环境,此材料具有一定潜力。

摘要： 反应堆堆芯内部存在多种不同物理场之间的相互作用和反馈,对其准确模拟需要考虑这些物理过程之间的耦合。为了降低堆芯核-热-流耦合模拟的实现难度,消除不同物理场之间的外部插值过程,本文构建了核-热-流耦合模拟的格子Boltzmann方法(LBM),将中子输运(包括S_(N)方程、SP_(3)方程以及扩散方程)、考虑燃料流动效应的缓发中子先驱核守恒方程以及流动传热方程统一到相似的LBM格式下,采用统一的LBM碰撞-迁移过程进行求解,有效降低了堆芯多物理耦合模拟的实现难度。计算结果表明:本文建立的核-热-流耦合LBM模型对不同雷诺数下的流动效应均能准确模拟,同时温度反馈在高温熔盐堆低速流动条件下有较为明显的影响,不能忽略;提高堆芯熔盐流速能够有效地展平功率及温度分布。

摘要： 熔盐堆采用液态燃料盐作为燃料,^(135)Xe作为反应堆中较重要的中子毒物,会随燃料盐的循环而在一回路流动。同时熔盐堆采用氦泡鼓气系统将裂变产物中的氪、氙等气体裂变产物吹出堆芯,提高中子经济性。根据TENDL—2021关于^(135)Xe^(m)热中子吸收截面的评估,其大于^(135)Xe的截面。为更准确地预测氙对反应性的影响,本文基于集总体积法,考虑燃料盐的流动效应,在模型中加入^(135)Xe^(m)热中子吸收截面相关数据,并采用美国8 MW熔盐实验堆(MSRE)的实验结果进行了验证。结果表明,模型计算结果与实验结果符合良好。将包含和不包含^(135)Xe^(m)影响的氙毒在^(233)U或^(235)U为燃料的情况下进行了对比,结果表明,^(135)Xe^(m)对稳态氙毒会产生一定的影响,且随功率的增大影响逐渐增大。最后通过石墨与氦泡之间的相互作用,评估了石墨、燃料盐和氦泡对氙毒的贡献,结果表明,氦泡与石墨之间的相互作用不可忽略。

摘要： 熔盐堆具有良好的中子经济性、固有安全性和可在线换料等特点.以石墨慢化通道式熔盐堆(Molten Salt Reactor,MSR)为研究对象,基于RELAP5/FLUENT耦合程序,建立了熔盐堆一回路模型,并在熔盐堆堆芯分别引入0.0001、0.0002和0.0005反应性的情况下进行瞬态分析.结果 表明:在堆芯反应性引入下,由于堆芯负的温度反应性,堆芯内最高温度和熔盐出口温度远低于安全允许限值,验证了熔盐堆具有良好的应对反应性引入事件的能力.

摘要： 在熔盐堆中需要设置控制棒套管,以实现控制棒在反应堆中的自由升降.石墨是理想的控制棒套管材料,但石墨强度与韧性不足,是其作为熔盐堆控制棒套管需要解决的主要问题.首先,在真空环境下用先驱体溶液预浸渍碳纤维布,并将其以一定的张力缠绕在石墨管上.其次,通过先驱体浸渍裂解工艺多次循环压力浸渍、固化、碳化制备不同增密次数和缠绕层数的样品.然后,对碳纤维布增强石墨管材样品和参照样品进行力学性能测试.最后,对测试损伤样品进行微观结构、失效方式分析,进而优化制备工艺以提升材料性能.结果表明:采用碳纤维布缠绕工艺以及先驱体浸渍裂解法可以很大程度上克服石墨管的强度及韧性不足的缺点,有望用于熔盐堆控制套管的制备.

摘要： 热工水力数值模拟是反应堆系统设计和安全分析的重要内容,以RELAP5为代表的系统程序可对瞬态或事故工况进行快速分析,同时以FLUENT为代表的计算流体动力学(CFD)程序对堆芯局部三维现象的分析也越来越重要.为综合利用两者的优点,以REL A P5/FL U EN T为基础,利用对REL A P5程序源代码的二次开发和FLUENT的用户自定义函数(UDF)进行编程,开发了RELAP5/FLUENT耦合程序.利用flibe熔盐在水平圆管流动问题验证了程序耦合的正确性;针对2 MW熔盐堆进行了稳态模拟,耦合程序能详细分析熔盐堆的热工水力行为;模拟了2 MW熔盐堆功率突变的瞬态热工水力行为,相对于单独的RELAP5,耦合程序能更好地揭示熔盐堆系统和堆芯的三维物理现象.该耦合程序可用于解决熔盐堆热工水力分析中存在的显著三维混合现象的问题.

摘要： 由于熔盐堆液态燃料的流动、在线添料和后处理特性,现有的固态堆燃料管理程序不再适用于熔盐堆的燃耗计算分析.在自主开发的确定论节块法程序ThorCORE3D的基础上,耦合截面加工模块以及燃耗计算模块,开发了适用于液态燃料熔盐堆的燃料管理分析程序ThorNEMFM,以实现熔盐堆在线添料和裂变产物在线处理等功能.基于熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)、熔盐增殖堆(Molten Salt Breeder Reactor,MSBR)和熔盐快堆(Molten Salt Fast Reactor,MSFR)算例对ThorNEMFM燃耗程序进行了验证.结果表明:ThorNEMFM计算结果与算例结果符合较好,ThorNEMFM适用于液态燃料熔盐堆的燃料管理计算分析.

摘要： 液态燃料熔盐堆作为第四代核反应堆概念之一,在安全、经济、防核扩散方面都具有独特的优势.液态燃料熔盐堆特有的中子动力学和热工水力学特性,致使传统固态燃料堆系统分析程序不再适用于液态燃料熔盐堆的瞬态分析和安全评估.为了提高反应堆系统安全分析程序RELAP5/Mod4.0(Reactor Excursion and Leak Analysis Program)在液态燃料熔盐堆安全分析中的适用性和精确度,基于一维缓发中子先驱核输运模型和二阶Godunov数值方法扩展了RELAP5/Mod4.0点堆模型.采用美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)熔盐实验堆(Molten Salt Reactor Experiment,MSRE)实验数据,对采用新点堆模型的RELAP5/Mod4.0程序进行了验证.结果显示:改进后的RELAP5/Mod4.0程序数值结果与实验结果吻合较好,表明该模型和数值方法能够较好地模拟缓发中子先驱核输运过程,满足液态燃料熔盐堆安全分析要求,能够应用于液态燃料熔盐堆安全分析.

摘要： 熔盐堆低功率工况反应性引入事故中,不同的反应性引入速率将触发不同的停堆信号.同时反应堆初始功率和反应性温度系数等初始条件影响事故的进程,引起事故后果的差异.本文选取了7个反应性引入速率工况、25个初始功率水平和反应性温度系数的参数组合初始工况,分别讨论了这三个参数对事故后果的影响.分析结果表明:熔盐堆低功率工况反应性引入事故的后果对反应性引入速率的变化较敏感,在其他初始条件一定的情况下,存在特定的反应性引入速率会导致最不利的事故后果;事故后果对反应堆初始功率和反应性温度系数的变化不敏感,由初始功率和反应性温度系数差异造成的事故后果差异较小.

摘要： 熔盐堆以多元氟化熔盐同时作为冷却剂和燃料载体，钍是一个切实可行、性能优越的核燃料选择，为日益增长能源需求提供一个新途径，掌握热工水力、结构力学设计方法和高温密封、测量与控制等关键技术，完成国内首台套氟盐体系泵、阀、换热器、流量计、压力计等样机研制，建成熔盐回路实验装置，获得高温熔盐回路运行经验和重要热工数据。

摘要： 熔盐堆采用熔盐作为一、二回路冷却介质,运行维护中产生的放射性废液源项与普通压水堆有很大区别.根据钍基熔盐堆核能系统项目的特点,设计了离堆放射性废液管理系统.文章详细介绍了钍基熔盐堆核能系统项目放射性废液管理方案、处理工艺流程及主要设备参数及相应的设计思路.针对废液的物理化学性质及数量,选用过滤、蒸发、桶内干燥的组合处理工艺.该设计具有系统设备简单、建设投资少,运行维护方便的优点,对钠冷堆、气冷堆等非水冷却反应堆的放射性废液管理系统设计有一定的参考价值.

摘要： 固态钍基燃料熔盐堆采用了不同于压水堆的燃料、冷却剂和系统结构,因此,固态燃料熔盐堆的选址源项及其确定方法也与压水堆有很大不同.中国现行核安全法规对于反应堆选址源项仅有原则性规定,且多基于压水堆,不能完全适用于固态燃料熔盐堆.本文基于对固态熔盐堆所采用的新设计理念、新燃料和结构系统特点分析基础上,结合核电站选址相关的法规和核安全审评要求,对固态熔盐堆选址源项及其确定方法进行了分析评价,为以后有关核安全法规标准完善和核安全审评提供参考.

摘要： 熔盐堆(MSR)的燃料载体和冷却剂都为熔融的氟化物盐,运行和处理会产生放射性氟化物废物.磷酸盐玻璃对固化氟化物废物的实验研究尚在起步阶段,分子动力学模拟(MD)方法可以从微观层次研究玻璃固化,进一步了解机理.本研究运用MD方法初步研究P2O5-Al2O3-Na2O-CaO玻璃体系固化模拟的氟化物废物NaF-SrF2-CeF3-ZrF4,对其结构变化研究得出该磷酸盐玻璃对氟化物废物的最大包容量为20mol％.通过研究体系中氟化物离子均方位移得到的离子扩散能力由强到弱依次为Na+＞F-＞Ca2+＞Sr2+＞Ce3+＞Zr4+,In the phosphate glass solidifying body中低价离子扩散要比高价离子快.

摘要： 熔盐堆是第四代反应堆的代表堆型之一,其一回路熔盐具有温度高的特点.为了减少堆芯热量向堆仓设备、屏蔽结构等的传递,需要设置一定厚度的隔热层.堆芯产生的γ射线对隔热层材料的结构会造成损伤,影响其隔热效果,因此需要计算分析堆芯γ射线在隔热层不同位置处的空气吸收剂量.本文的计算采用MCNP程序,对一回路管道入口保温层处、堆侧隔热层处、堆顶隔热层处的吸收剂量进行了计算.计算结果给出了熔盐堆主屏蔽内部隔热层材料所处位置的γ空气吸收剂量率,为隔热层材料辐照的相关设计工作提供依据.

摘要： 本文旨在使用DRAGON/DONJON程序对TRU燃料热谱熔盐堆定期换料的可行性进行模拟验证.为了保证计算的准确性,首先利用蒙卡方法对程序进行检验,并针对传统燃耗计算方法无法解决流动燃料燃耗计算的缺陷,通过单次步长下核素搅浑和重置平均燃耗分布的方法对传统燃耗计算方法进行改进;后续通过调整热谱组件燃料/石墨体积分数比,确定了最优焚烧TRU燃料组件设计区间;并在满足该区间的组件模型下模拟焚烧TRU燃料,分别得到在燃料无处理,定期去除惰性气体和全部惰性物质三种工况下组件和全堆的燃耗计算结果;最后本文通过三种工况结果的对比和TRU积存量-燃耗深度曲线的分析,给出各TRU核素在热谱堆芯中嬗变优劣性评价,并验证了MSBR热谱堆芯在依然拥有较好的嬗变能力的条件下,可以实现TRU燃料长周期燃烧进而实现定期换料.

摘要： 为提高熔盐堆燃料元件基体石墨的抗熔盐浸渗和耐辐照性能,本文采用准等静压工艺,对燃料元件基体石墨A3-3进行MCMB固相增密.通过压汞测试研究了增密后基体石墨的进汞临界压强和平均孔径变化;利用氩离子辐照实验并结合纳米压痕技术和拉曼光谱分析,研究了固相增密对基体石墨的耐辐照性能影响.实验结果表明,热处理后的MCMB以其自烧结和同步收缩的特点,起到了填充孔隙和裂缝的作用,不同粒径MCMB增密后基体石墨孔径由924nm,分别降至484,545和778nmn,实现了对基体石墨的固相增密.MCMB增密剂粒径越小,增密后基体石墨的进汞临界压强越高,相应的平均孔径越小.样品纳米压痕的测试表明高剂量离子辐照下(＞1dpa),MDG2-15石墨比A3-3石墨的离子辐照硬化速率慢.拉曼光谱结果显示增密前后基体石墨在1.47dpa剂量下,均发生非晶化,离子辐照效应表现出一致性.

摘要： 目前熔盐泵工程样机和试验台架均已完成工程设计评审，正在进行熔盐泵加工制造和试验台架的建设。后续将在试验台架上对工程样机进行型式试验，以完成工程样机的设备测试和定型。通过系列熔盐泵样机的研制，掌握悬臂液下泵结构设计、高温轴封、热变形、热屏冷却等关键技术，为核级熔盐泵的研制提供有力的技术支持。

摘要： 目前熔盐泵工程样机和试验台架均已完成工程设计评审，正在进行熔盐泵加工制造和试验台架的建设。后续将在试验台架上对工程样机进行型式试验，以完成工程样机的设备测试和定型。通过系列熔盐泵样机的研制，掌握悬臂液下泵结构设计、高温轴封、热变形、热屏冷却等关键技术，为核级熔盐泵的研制提供有力的技术支持。

摘要： 目前熔盐泵工程样机和试验台架均已完成工程设计评审，正在进行熔盐泵加工制造和试验台架的建设。后续将在试验台架上对工程样机进行型式试验，以完成工程样机的设备测试和定型。通过系列熔盐泵样机的研制，掌握悬臂液下泵结构设计、高温轴封、热变形、热屏冷却等关键技术，为核级熔盐泵的研制提供有力的技术支持。

摘要： 本发明公开一种堆芯结构、熔盐球床堆和熔盐球床堆的燃料管理与堆芯装载方法。该堆芯结构的活性区设有位于底部的进料口及位于顶部的出料口，活性区中的燃料球的密度小于活性区中熔盐的密度，活性区能够容纳的燃料装载量大于预设的满功率运行天数的燃料装载量。该堆芯结构，能够实现燃料球在寿期末整体卸载，无须实现在线换料功能的部件，故可使得装置简单，且寿期末整体卸载后的燃料球无须一个个地处理，而是直接进入乏燃料处理系统，故会减小放射性，增加装置可靠性，且使得燃料球净化变得简单；该堆芯结构也可使得该燃料管理与堆芯装载方法具有调节余地，且保证了运行目标。

摘要： 本发明公开了一种三流道熔盐堆堆芯结构及三流道熔盐堆系统。该三流道熔盐堆堆芯结构，其包括燃料流道、慢化流道和冷却流道；所述燃料流道用于容纳燃料盐，所述冷却流道用于容纳冷却剂，所述慢化流道用于容纳慢化剂；其中，所述燃料流道、所述慢化流道和所述冷却流道之间互不连通，且轴线互相平行；所述燃料流道嵌套于所述慢化流道中，所述慢化流道嵌套于所述冷却流道中。本发明的熔盐堆系统既可以实现较高的堆芯出口温度，也可以提高功率密度实现紧凑设计，同时还可以实现连续的在线添料、在线后处理和在线更换慢化剂，堆芯寿期长，成本低。

摘要： 本发明公开了一种模块化熔盐堆堆芯及熔盐堆，模块化熔盐堆堆芯包括石墨基体，所述石墨基体内开设有多个燃料孔道和多个冷却孔道，所述燃料孔道用于容纳燃料，所述冷却孔道用于容纳冷却剂，任一所述燃料孔道与任一所述冷却孔道互不连通，所述冷却孔道连通至堆芯外部。本发明的模块化熔盐堆堆芯只包含石墨、耐高温的冷却剂以及耐高温的燃料，反应堆平均温度可设置在1000°C左右，远高于一般熔盐堆设计，反应堆产生的热可应用于高温制氢等热应用行业。

摘要： 本发明公开了一种熔盐堆用碳素材料的熔盐浸渗实验装置。该装置包括：高压釜、手套箱、井式气氛炉、气路系统、吊装装置、样品升降装置；井式气氛炉位于手套箱下方，其炉口嵌入手套箱并通过法兰与手套箱底板密封连接；高压釜和样品升降装置位于手套箱内部；所述高压釜包括可分离的釜体和釜盖；样品升降装置利用丝杆升降机构实现高温下熔盐与实验样品的分离；手套箱上部设置有与手套箱密封相连的可视箱体，所述吊装装置安装于该可视箱体内；气路系统设置于手套箱外部，通过耐高温的管路与高压釜内部连通，用于调节高压釜内部气压。相比现有技术，本发明能够更安全方便地完成高温下熔盐与试样的分离，并可准确调节实验气压，获得更准确的实验结果。

摘要： 本发明公开了一种高温熔盐压力管及压力管式石墨慢化分区换料熔盐堆，高温熔盐仅在高温熔盐压力管内流动，压力管具有较强的隔热能力，使得压力管外的石墨慢化剂温度显著降低，控制棒与压力管交错，布置在压力管之间的低温石墨慢化剂区；本发明不仅大幅降低了控制棒系统布置技术难度，还可以显著提高控制棒布置数量，增强反应性控制能力；按压力管布置数量及形式，将熔盐堆划分为多个区域，每个区域设置独立的回路系统，各回路系统相互独立；利用分区换料代替在线化学处理，大幅简化了熔盐堆系统设计、建造及运行难度，回路系统得以大幅简化；本发明提出的熔盐堆堆芯、控制棒及回路系统布置方式更加简单，可以显著提高熔盐堆工程可实现性。

摘要： 本发明公开了一种熔盐堆径向屏蔽结构及含其的熔盐堆。该熔盐堆径向屏蔽结构，从熔盐堆的活性区至外围的方向，依次包括：反射层、含硼石墨层、合金屏蔽层，其中，所述反射层包覆熔盐堆的活性区，所述含硼石墨层包覆所述反射层，所述合金屏蔽层包覆所述含硼石墨层。本发明熔盐堆径向屏蔽结构不仅可减少熔盐堆堆内结构材料和堆容器材料的辐照损伤，包括离位原子损伤率和氦产生率，同时可有效降低堆外中子和光子的辐射剂量。

摘要： 本发明公开了一种熔盐堆堆芯及熔盐堆系统。熔盐堆堆芯包括堆芯活性区、反射层、冷却剂进口和冷却剂出口，反射层围绕堆芯活性区的外侧设置，反射层内设置有控制鼓；堆芯活性区设置有冷却剂管道区和燃料熔盐区，冷却剂管道区设置有多根冷却剂管道，冷却剂管道内流通有氦氙混合气或超临界二氧化碳；燃料熔盐区内填充有燃料熔盐；冷却剂管道区与燃料熔盐区的体积比为(6～9):10；冷却剂管道的顶端与冷却剂出口相连，所述冷却剂管道的底端与所述冷却剂进口相连。本发明的熔盐堆堆芯结构简单、提升了堆芯的换热效率、降低了堆芯的建造成本和建造门槛、运行更加安全，同时极大程度上提高了熔盐堆系统的电功率。

摘要： 本发明公开了一种三流道熔盐堆堆芯结构及三流道熔盐堆系统。该三流道熔盐堆堆芯结构，其包括燃料流道、慢化流道和冷却流道；所述燃料流道用于容纳燃料盐，所述冷却流道用于容纳冷却剂，所述慢化流道用于容纳慢化剂；其中，所述燃料流道、所述慢化流道和所述冷却流道之间互不连通，且轴线互相平行；所述燃料流道嵌套于所述慢化流道中，所述慢化流道嵌套于所述冷却流道中。本发明的熔盐堆系统既可以实现较高的堆芯出口温度，也可以提高功率密度实现紧凑设计，同时还可以实现连续的在线添料、在线后处理和在线更换慢化剂，堆芯寿期长，成本低。

摘要： 本发明公开了一种模块化熔盐堆堆芯及熔盐堆，模块化熔盐堆堆芯包括石墨基体，所述石墨基体内开设有多个燃料孔道和多个冷却孔道，所述燃料孔道用于容纳燃料，所述冷却孔道用于容纳冷却剂，任一所述燃料孔道与任一所述冷却孔道互不连通，所述冷却孔道连通至堆芯外部。本发明的模块化熔盐堆堆芯只包含石墨、耐高温的冷却剂以及耐高温的燃料，反应堆平均温度可设置在1000°C左右，远高于一般熔盐堆设计，反应堆产生的热可应用于高温制氢等热应用行业。

摘要： 本实用新型公开了一种重水慢化熔盐堆堆芯及重水慢化熔盐堆系统。所述重水慢化熔盐堆堆芯的活性区具有各自独立的燃料区和增殖区，且所述燃料区设于所述增殖区内；所述燃料区包括重水慢化剂、熔盐管道以及燃料熔盐，熔盐管道内填充有燃料熔盐，重水慢化剂环绕在熔盐管道的外壁周围；所述熔盐管道的内、外表层为耐高温层，中间夹层为隔热层；所述增殖区内填充有增殖燃料；所述燃料区和所述增殖区之间设有隔热层。本实用新型重水慢化熔盐堆系统可成功解决现有熔盐热堆由于采用石墨慢化剂而导致的正温度反应性系数以及石墨退役后难处置等问题，其燃料循环方法可成功解决目前核能发展存在的核燃料资源短缺及高放废料堆积的难题。