[发明专利]一种熔盐堆堆芯

说明书

本发明公开了一种熔盐堆堆芯。该熔盐堆堆芯包括活性区和反射层，反射层包覆活性区，活性区由燃料组件阵列组装而成；活性区熔盐通道的体积占活性区体积的2‑25％；活性区包括中心区域和边缘区域，中心区域与边缘区域的体积比为1/15‑1/8；中心区域单个熔盐通道的体积占边缘区域单个熔盐通道的体积的40‑50％；削棱为被弧削侧棱。本发明的熔盐堆堆芯的熔盐通道位于燃料组件的侧棱处，具有较大的空间自屏效应调节范围，能降低辐照引起的形变应力，窄缝与熔盐通道连通使堆芯熔盐能横向混流，利于传热，避免死区，降低堆芯中心区域石墨的快中子辐照率，延长堆芯寿命，组件两端的收口结构可调节流量分配，降低上下腔室合金的快中子注量。

技术领域

本发明涉及核反应堆工程设计领域，具体涉及一种熔盐堆堆芯。

背景技术

熔盐堆作为第四代核反应堆，具有经济、安全、可持续、防核扩散等优点。熔盐堆的燃料呈液态形式，堆芯慢化剂是石墨组件。

组件结构的设计对反应堆燃料循环具有重大影响。所构成熔盐通道占组件体积比直接影响熔盐堆的慢化状态，所构成熔盐通道等效直径大小，则直接影响燃料的空间自屏效应。一个良好的组件结构应该能覆盖所有范围的熔盐体积占比以及等效直径。

石墨组件的辐照收缩膨胀也是熔盐反应堆需要重点考虑的问题之一。在熔盐通道边缘的石墨与石墨块中心的快中子通量差异较大，会增加辐照应力，可能引起石墨开裂，熔盐渗透等问题。同时，组件与组件之间会存在熔盐窄缝，窄缝影响传热和中子特性，应尽量弱化其作用。

公开文献中的石墨组件类型主要有MSRE的四边形边上开槽结构，MSBR的棱柱型中心开圆孔结构、板型组装六棱柱结构，DMSR的圆管六边形排列结构等等。四边形组件在辐照后，容易出现四个角形变显著的问题，可能导致角部断裂；棱柱开孔结构的组件间窄缝较多，窄缝与熔盐通道没有联通，未形成横向混流，形成死区，这对传热和中子都有较大影响：首先窄缝中的熔盐在里面发热散不出去，产生局部热点，其次使得熔盐体积增加，影响中子价值；板型组装六棱柱结构虽然辐照均匀性好、传热好，适用于固态燃料熔盐堆中，但在液态燃料熔盐堆中，熔盐通道等效直径较小，空间自屏效应弱，在一次通过燃料循环方式下燃料利用率低下；而圆管组件中间是有孔的，属于双流的结构，其熔盐占比可调比例只能大于10％，可能不适用于一次通过燃料循环熔盐堆。

因此，如何优化反应堆中石墨组件的结构形式是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中熔盐堆堆芯组件与组件之间的角部接触在辐照过程中会发生明显的形变以致角部断裂组件破损、堆芯组件与组件之间的窄缝与熔盐通道没有联通而形成死区进而影响传热和中子特性、板型组件的熔盐表面积最大导致燃料利用价值低以及对U238的空间自屏效应弱等缺陷，提供了一种熔盐堆堆芯。本发明的熔盐堆堆芯在燃料组件的侧棱上开设熔盐通道，首先在燃料循环方面具有较大的空间自屏效应调节范围，其次可以降低辐照引起的形变应力；熔盐通道开在组件边缘可以实现窄缝与熔盐通道的连通，使得堆芯熔盐具有横向混流的可能，利于传热，避免死区；堆芯反射层可以充分慢化快中子，降低快中子对合金容器的辐照注量率；堆芯中心区域采用较小的熔盐通道有利于降低堆芯中心区域石墨的快中子辐照率，进而延长整个堆芯的石墨寿命；堆芯在轴向上，组件两端采用收口结构，可以用于调节流量分配，同时可以降低上下腔室合金的快中子注量。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题。

一种熔盐堆堆芯，其包括活性区和反射层，所述反射层包覆所述活性区，所述活性区由燃料组件阵列组装而成；所述活性区的熔盐通道的体积占所述活性区的体积的2％-25％；所述活性区包括中心区域和边缘区域，所述中心区域与所述边缘区域的体积比为1/15-1/8；所述中心区域的单个熔盐通道的体积占所述边缘区域的单个熔盐通道的体积的40％-50％；