垃圾处理厂工艺流程热谱超临界水冷反应堆固体慢化剂研究
2005国外核动力第3期
热谱超临界水冷反应堆固体慢化剂研究
JacopoBuongiomo,PhilipE.MacDonald
1引言
因为热效率高(大约45%，而轻水堆为33%)和设备的大量简化，超临界水冷反应堆
(SCWR)是最有前途的第四代核反应堆之一.SCWR有着较高的热力学工况(高运行压力
和温度)，显着减少了安全壳体积，削减了对再循环泵，喷射泵，稳压器，蒸汽发生器,
汽水分离器及蒸汽干燥器的需求：过去十多年，日本完成了一个大型的1700MWSCWR
油田载荷传感器的完整概念设计.初步的经济分析显示，与参考的先进轻水堆(ALWR)相比，这个系统
超临界水(SCW)的特性是有大的焓升
设计.
SCWR的焓升大于轻水堆(L WR)的焓
升.相应地，对给定的热功率，堆芯流量
则比较小与L WR相比，这就要求堆芯流
持高的冷却剂流速并保证燃料必需的冷
却.然而，低的冷却剂一燃料比与低的平均
冷却剂密度相结合，使得不需增加专门慢
化剂的热谱反应堆堆：的设计成为不可能.
需求与适当慢化需求间的一种权衡.
图1SCWR堆芯冷却剂密度的典型分布
因而,SCWR热谱堆芯的设计是在稠密栅格
ca3660已研究了SCWR概念十多年的日本，通过向燃料组件中引进水棒来应对这个问题.
欧洲近来也采用了相似的方法水棒的概念基于图2(略)所示的冷却剂流程.将给水分配
成两路，一路被导人反应堆压力容器(RPV)底部的下腔室，另一路先被用来冷却RPV上
封头，然后向下流入水棒并通过堆芯，在下腔室中与另一路给水混合，再作为冷却剂向
上流经堆芯，最后流人汽轮机.为防止热的冷却剂与冷的慢化剂在上腔室中混合而导致
堆芯出口温度显着降低，这种流程是必需的.虽然已证明这种方法确
实可提供适当的慢
化，但其实际是否可实现却依赖于延伸到堆芯上部的，从RPV上封头输运慢化剂至燃料
组件中水棒的复杂管路系统.再者，堆芯上部的这些构件将使换料更加麻烦.
本文探索了可简化RPV内部构件并实现资金成本节省的替代解决方案.应该关注
在水棒处使用固体慢化剂，因为这将消除RPV中复杂的冷却剂流程和相应的管道系统.
这个方法的其它优点包括降低冷却剂作为慢化剂的作用和增加堆芯的热容，这些都会带
20
来显着的安全性改善.
显然，如果固体慢化剂方法在技术上的可行性得到证实，则其最终的选择将可能完
全取决于经济上的权衡.~而文~u【犬fH~小佯日朋矾-t4--Z日,~/\,,…中使用更
昂贵的慢化剂材料所带来的成本的增加.目前，此权衡的评估不在本研究范围内.然而,
本会议的另一篇论文(撑36572)给出了使用固体慢化剂对SCWR电力产出成本影响的粗略
评估.
2SCWR慢化剂比较
共对6种慢化剂的中子学性能进行了评估，它们是：水棒，氢化锆(ZrHx.6)，铍(Be),
氧化铍eo)，碳(c)和碳化硅(SIC).在文章#36574中阐明了使用ZrH16替代化学剂量的
氢化锆ZrH2.除了Be和c，也分析了化学性质更稳定的BeO和SiC.这些材料的总的
物理特性列于表 1.其中最重要的参数是散射密度；它与单位材料体积中中子慢化能量
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的沉积成比例需要指出的是ZrH1.6具有比水还稍好的散射密度，同时远远好于其它材
料.尽管其吸收截面较高.
表1中子慢化剂参数
慢化元素热俘获截面材料
，密度(cm)
元素/质量数数密度(10ZZ/cm)散射密度(1/cm)(1/cm)
H2O/0.78H,15.22O.2O5O.O15
ZrHI.d564H,15.850.2300.023
Be,1_85Be/8
Beo,3.O1Be/97.250.070O.Ooo5
葡萄架势
C12.O0C,l210.040.O670.0003
SiC,3.16C,l24.7
散射密度定义为(1一Ot)∑.，此处,∑.为快弹性散射截面,Ⅱ:【(A—1),(A+1)】.,A为质量数
图3显示了将进行中子计算的
栅元的几何形状.文献(4)证明了这种
几何形状在满足包壳和燃料温度约燃料元件
束的同时，有高的功率密度燃料活
性区长度为4.27m(14英尺).燃料棒冷却剂
顶部设置了约40cm的裂变气体气
腔.燃料芯块为单一富集度的UO，川
铀一235富集度为4at%，理论密度
95%(约10.42g/cm).燃料包壳和慢
化剂盒壁由密度为8.19g/cm的7l8
合金制成.718合金的名义成分为
医用泡棉
9.6mm
●I_————
图3慢化剂盒中央栅元横截面
慢化剂
慢化剂盒
(718合金)
(wt%):Ni=52.90,Cr=19.08,Fe=18.122,Nb=5.05,Mo=3.01,Ti=0.91,AI--0 .49,Mn=0.20,
豫公网安备41160202000603
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