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1、 第九章第九章快中子增值堆快中子增值堆FBR 1 2 优点：优点：优点：优点： 增值增值增值增值： 快中于反应堆内核燃料裂变主要由能量约快中于反应堆内核燃料裂变主要由能量约快中于反应堆内核燃料裂变主要由能量约快中于反应堆内核燃料裂变主要由能量约100 100 keVkeV以上的快中子引起，不需要慢化剂，可实现钚以上的快中子引起，不需要慢化剂，可实现钚以上的快中子引起，不需要慢化剂，可实现钚以上的快中子引起，不需要慢化剂，可实现钚-239-239和钍和钍和钍和钍232232的的的的增值转换增值转换增值转换增值转换。快中子增殖堆尚有一系列技术上和经济上的问题还没有解决。快中子增殖堆尚有一系列技术上
2、和经济上的问题还没有解决。快中子增殖堆尚有一系列技术上和经济上的问题还没有解决。快中子增殖堆尚有一系列技术上和经济上的问题还没有解决。主要是：主要是：主要是：主要是： 1 1、快中子反应堆内中子平均能量很高，中子有害吸收小，易、快中子反应堆内中子平均能量很高，中子有害吸收小，易、快中子反应堆内中子平均能量很高，中子有害吸收小，易、快中子反应堆内中子平均能量很高，中子有害吸收小，易于实现增殖。但在高能区核燃料的裂变截面也很小，因此于实现增殖。但在高能区核燃料的裂变截面也很小，因此于实现增殖。但在高能区核燃料的裂变截面也很小，因此于实现增殖。但在高能区核燃料的裂变截面也很小，因此为了使链式裂变反应
3、能进行，快中子堆内必须有为了使链式裂变反应能进行，快中子堆内必须有为了使链式裂变反应能进行，快中子堆内必须有为了使链式裂变反应能进行，快中子堆内必须有较高的核较高的核较高的核较高的核燃料富集度燃料富集度燃料富集度燃料富集度( (当量富集度达当量富集度达当量富集度达当量富集度达1515( (质量质量质量质量) )一一一一3535( (质量质量质量质量) )，而且，而且，而且，而且燃料初装量也很大。燃料初装量也很大。燃料初装量也很大。燃料初装量也很大。快堆概述快堆概述快堆概述快堆概述3 2 2 2 2 由于快中子堆堆芯内没有慢化剂，所以体积小，功率由于快中子堆堆芯内没有慢化剂，所以体积小，功率由于
4、快中子堆堆芯内没有慢化剂，所以体积小，功率由于快中子堆堆芯内没有慢化剂，所以体积小，功率密度高达密度高达密度高达密度高达300300一一一一600 Mw600 Mwm3m3，是压水堆的，是压水堆的，是压水堆的，是压水堆的4848倍。因此要倍。因此要倍。因此要倍。因此要求采用传热性能好而慢化化性能差的冷却剂，目前采用液求采用传热性能好而慢化化性能差的冷却剂，目前采用液求采用传热性能好而慢化化性能差的冷却剂，目前采用液求采用传热性能好而慢化化性能差的冷却剂，目前采用液态金属态金属态金属态金属钠钠钠钠和和和和氦气氦气氦气氦气，但钠回路工艺及防爆措施在工业规模的，但钠回路工艺及防爆措施在工业规模的，但
5、钠回路工艺及防爆措施在工业规模的，但钠回路工艺及防爆措施在工业规模的大量操作上还缺乏经验。而流速约为大量操作上还缺乏经验。而流速约为大量操作上还缺乏经验。而流速约为大量操作上还缺乏经验。而流速约为100 m100 ms s的氦气冷却的氦气冷却的氦气冷却的氦气冷却在技术上也是较复杂的问题，还需进行大量研究试验。在技术上也是较复杂的问题，还需进行大量研究试验。在技术上也是较复杂的问题，还需进行大量研究试验。在技术上也是较复杂的问题，还需进行大量研究试验。3 3快中子堆的燃料元件加工及快中子堆的燃料元件加工及快中子堆的燃料元件加工及快中子堆的燃料元件加工及乏燃料后处理乏燃料后处理乏燃料后处理乏燃料后
6、处理要求高。且其要求高。且其要求高。且其要求高。且其快中子辐照注量率也比热中子堆大几十倍，因此对材料的快中子辐照注量率也比热中子堆大几十倍，因此对材料的快中子辐照注量率也比热中子堆大几十倍，因此对材料的快中子辐照注量率也比热中子堆大几十倍，因此对材料的要求也较苛刻。要求也较苛刻。要求也较苛刻。要求也较苛刻。4 4快中子堆内的中子平均寿命比热中子堆的短，而且坏快中子堆内的中子平均寿命比热中子堆的短，而且坏快中子堆内的中子平均寿命比热中子堆的短，而且坏快中子堆内的中子平均寿命比热中子堆的短，而且坏239239的缓发中子份额只有铀的缓发中子份额只有铀的缓发中子份额只有铀的缓发中子份额只有铀23523
7、5的的的的1 13 3左有，所以快中子左有，所以快中子左有，所以快中子左有，所以快中子堆的堆的堆的堆的控制比较困难控制比较困难控制比较困难控制比较困难。因此，到目前为止，因此，到目前为止，因此，到目前为止，因此，到目前为止，快中子反应堆还未能获得大量发展快中子反应堆还未能获得大量发展快中子反应堆还未能获得大量发展快中子反应堆还未能获得大量发展。4 快堆的分类：快堆的分类：快堆的分类：快堆的分类：按冷却剂材料，快中子堆又可分为按冷却剂材料，快中子堆又可分为按冷却剂材料，快中子堆又可分为按冷却剂材料，快中子堆又可分为钠冷快堆钠冷快堆钠冷快堆钠冷快堆和和和和气冷快堆气冷快堆气冷快堆气冷快堆，其中，其
8、中，其中，其中LMFBRLMFBR的蒸汽参数很高，压力达的蒸汽参数很高，压力达的蒸汽参数很高，压力达的蒸汽参数很高，压力达161618MPa18MPa，温度约为，温度约为，温度约为，温度约为500 c500 c，因此电站的效率，因此电站的效率，因此电站的效率，因此电站的效率接近接近接近接近 40 40。按回路布置结构，可分为按回路布置结构，可分为按回路布置结构，可分为按回路布置结构，可分为回路式快堆电站回路式快堆电站回路式快堆电站回路式快堆电站和和和和池式快堆电站池式快堆电站池式快堆电站池式快堆电站5 池式的主要系统和上述回路式相同，但它把池式的主要系统和上述回路式相同，但它把池式的主要系统和
9、上述回路式相同，但它把池式的主要系统和上述回路式相同，但它把反应堆堆芯、一回路钠泵反应堆堆芯、一回路钠泵反应堆堆芯、一回路钠泵反应堆堆芯、一回路钠泵及中间热交换器都浸泡在一个大型钠容器及中间热交换器都浸泡在一个大型钠容器及中间热交换器都浸泡在一个大型钠容器及中间热交换器都浸泡在一个大型钠容器中。这种型式可降低一中。这种型式可降低一中。这种型式可降低一中。这种型式可降低一 回回回回路严重泄漏的可能性，即使某些设备发生故障也不会发生钠流出事故，路严重泄漏的可能性，即使某些设备发生故障也不会发生钠流出事故，路严重泄漏的可能性，即使某些设备发生故障也不会发生钠流出事故，路严重泄漏的可能性，即使某些设备
10、发生故障也不会发生钠流出事故，所以安全性较好。所以安全性较好。所以安全性较好。所以安全性较好。6 快堆技术特点快堆技术特点u以快中子产生链式裂变反应以快中子产生链式裂变反应 ；u大多数快堆采用液态金属大多数快堆采用液态金属Na做冷却剂，氦气；做冷却剂，氦气；u比压水堆多一个回路；比压水堆多一个回路；u一回路是一个高温低压系统。一回路是一个高温低压系统。快堆具有良好的安全性快堆具有良好的安全性1，Na的沸点高，常的沸点高，常压运行；运行；2，热容量大，能容量大，能导出余出余热；3，堆芯有，堆芯有较大大负反反馈，事故状，事故状态能能够自自稳。7 快堆是快堆是封闭的燃料循环封闭的燃料循环中的关键环节
11、中的关键环节p我国目前的核电站中，有两个装机为我国目前的核电站中，有两个装机为重水堆重水堆型，其余全部为型，其余全部为压水堆压水堆型。型。 p世界各国研究表明：快堆可以解决大规模的压水堆核电站发展带来的世界各国研究表明：快堆可以解决大规模的压水堆核电站发展带来的核燃料核燃料短缺短缺及及长寿命核废物处置长寿命核废物处置问题。问题。p快堆是封闭的燃料循环必不可少的环节已经得到世界公认。封闭燃料循环可快堆是封闭的燃料循环必不可少的环节已经得到世界公认。封闭燃料循环可将铀资源的利用率从单单发展压水堆的将铀资源的利用率从单单发展压水堆的1左右提高到左右提高到6070 。8 国际快堆的发展国际快堆的发展p
12、快堆是目前快堆是目前唯一能够实现增殖核燃料唯一能够实现增殖核燃料的先进堆型。的先进堆型。 p国外快堆发展已有国外快堆发展已有50多年历史，多年历史，1946年建成第一个实验快堆。年建成第一个实验快堆。 p目前世界上已建成了目前世界上已建成了座快堆。座快堆。 p其中其中俄罗斯、法国、日本俄罗斯、法国、日本等国家一直在致力于快堆的发展。等国家一直在致力于快堆的发展。p当前国际上最引人注目的消息是：当前国际上最引人注目的消息是：Fig.1 PFBR flow sheet4 x 8 MWt印度政府已经印度政府已经批准在英迪拉批准在英迪拉甘地原子研甘地原子研究中心究中心 建造建造一座一座500MWt的原
13、型快堆的原型快堆！（池式池式 /回路）回路）9 中国的快堆发展中国的快堆发展u我国早在我国早在70年代就开始快堆开发和研究年代就开始快堆开发和研究u七五期间，国家八六三高技术计划能源领域专家委员会对我国发展快堆七五期间，国家八六三高技术计划能源领域专家委员会对我国发展快堆进行了论证，结论是：进行了论证，结论是： “应力争在本世力争在本世纪末建造一座末建造一座热功率功率65MW，电功率功率约20MW的的实验性快堆性快堆 ”在我国新世在我国新世纪的核能的核能发展基本方展基本方针中指出：中指出：“核能核能发展展继续执行行热中子中子反反应堆（堆（压水堆水堆为主）快中子反主）快中子反应堆受控核聚堆受控核
14、聚变堆，三步走的路堆，三步走的路线，当前以，当前以发展展热堆堆为主，同主，同时要要继续开展快中子增殖堆和受控核聚开展快中子增殖堆和受控核聚变堆技堆技术研究、开研究、开发和跟踪和跟踪” 10 CEFR中国原子能科学研究院（北京中国原子能科学研究院（北京中国原子能科学研究院（北京中国原子能科学研究院（北京/ /房山区）房山区）房山区）房山区）11 pCEFR是我国第一座是我国第一座快堆，快堆，65MWt、20MWe。p2000年浇灌第一罐年浇灌第一罐混凝土，混凝土，2002年年8月月15日核岛主厂房封日核岛主厂房封顶，顶，2004年完成施年完成施工设计，目前进入工设计，目前进入全面安装阶段，调全面
15、安装阶段，调试已经开始，运行试已经开始，运行准备工作正在进行，准备工作正在进行，预计预计2008年年12月首月首次临界。次临界。中国实验快堆中国实验快堆China Experimental Fast Reactor “CEFR”12 CEFR系统流程示意图系统流程示意图1432456789108813 液态金属钠液态金属钠具有较高的传热特性具有较高的传热特性很宽的温度范围内很宽的温度范围内保持为液态保持为液态普朗特数很小普朗特数很小1 可以在很高的温度下，在较小的温差情况下可以在很高的温度下，在较小的温差情况下移走大量的热能移走大量的热能2 堆内燃料元件的热流很高，可以达到较高的堆内燃料元件的
16、热流很高，可以达到较高的比功率比功率 3 由于热钠的热导好，热点因子也会减小，活由于热钠的热导好，热点因子也会减小，活性区内温度变化随之降低，及时在热冲击的情况性区内温度变化随之降低，及时在热冲击的情况下，结构变形的几率也非常小。下，结构变形的几率也非常小。 其熔点仅为其熔点仅为97.8，沸点高达，沸点高达882.9。这样使得快堆采用比较低的系统压力这样使得快堆采用比较低的系统压力就可以得到高的反应堆堆芯出口温度。就可以得到高的反应堆堆芯出口温度。从而获得较高的动力循环效率，而堆从而获得较高的动力循环效率，而堆容器内的压力又不高，降低了造价，容器内的压力又不高，降低了造价，也就降低了发电成本。也就降低了发电成本。 1 跟其它流体不同，在液态钠流道内的热阻不是集中在层流底层或缓冲层内，而是比较均匀的分布在跟其它流体不同，在液态钠流道内的热阻不是集中在层流底层或缓冲层内，而是比较均匀的分布在整个截面上。整个截面上。 2 液钠的高热到使得边界条件的影响达到更远的范围，因而流道的几何形状对液钠的热传递影响很大。液钠的高热到使得边界条件的影响达到更远的范围，因而流道的几何形状对液钠的热传递影响很
