[发明专利]一种熔盐堆氚输运特性耦合计算方法

说明书

一种熔盐堆氚输运特性耦合计算方法，主要步骤如下：1、获取熔盐堆的几何参数、运行参数以及程序计算参数；2、计算石墨对氚的吸附量限值；3、计算堆芯处氚的产生量、石墨吸附量；4、计算热管段处氚对铬的腐蚀量和铬离子的沉积量；5、计算换热器处氚对铬的腐蚀量、铬离子的沉积量和氚气渗透量；6、计算冷管段处氚对铬的腐蚀量和铬离子的沉积量；7、若当前时间等于熔盐堆稳态运行时间，则输出计算结果，否则应返回至第2步，再次计算，直至计算结束。本发明考虑了氚在熔盐堆中的产生、石墨吸附、腐蚀/沉积和渗透等输运特性以及中子辐照对石墨吸附能力的影响，从而可以得出熔盐堆中氚的产生量、吸附量和渗透量，为熔盐堆的辐射防护提供参考。

技术领域

本发明涉及核反应堆安全领域，具体涉及一种熔盐堆氚输运特性耦合计算方法。

背景技术

氚(T)是熔盐堆的固有产物，FLiBe中的Li⁺与中子反应后产生大量的氚，这些氚主要以氟化氚(TF)和氚气(T₂)的形式存在，它们分别具有强腐蚀性和较强的扩散渗透能力。氚具有较长的半衰期(12.43年)，且会随着高温熔盐的流动扩散迁移，对金属管道产生腐蚀和辐照损伤，影响材料的力学性能和使用寿命。以T₂形式存在的氚，在绝大多数金属及合金材料中有很强的渗透性，它能够在材料表面裂解成氚原子并进入材料中，这将导致氚在构件中的滞留，引起材料的氢脆和氦脆，并向环境释放氚气。熔盐堆中的氚气如果释放到大气，就会很快转变成放射性危害比氚气(T₂)高约25000倍的氚水(HTO)，而HTO极易通过呼吸和皮肤渗透进入人体，会均匀分布在除骨骼外的其他地方，对人体造成严重的内照射。此外，氚在熔盐堆堆芯处石墨中的溶解吸附会导致石墨形貌的变化，还会影响堆芯寿命。

熔盐堆的固有产氚问题已经成为限制熔盐堆技术发展的关键科学问题之一。由于氟盐冷却高温堆在安全性、经济性、燃料循环特性、应用范围上具有独特的优势，中国和美国均正在大量开展关于氟盐冷却高温堆的研究。但氟盐冷却高温堆的提出只有十几年历史，整体研究还处于概念设计与基础理论及实验研究阶段，很多关键技术问题及安全审评基础方法还有待于探索和研究。因此，开展氟盐冷却高温堆的研究工作，揭示氚在熔盐堆中的输运特性具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种熔盐堆氚输运特性耦合计算方法，该方法考虑熔盐堆内中子辐照对于石墨吸附氚的影响，针对氚在氟盐冷却高温堆一回路中的输运特性，计算氚在堆芯内的产生、石墨吸附，热管段和冷管段的腐蚀及沉积，换热器中的渗透和腐蚀、沉积等，由质量守恒方程获得氚的产生量、结构材料的腐蚀量以及透过换热管壁的渗透量；本方法可为熔盐堆中氚控安全设施的设计提供参考。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案予以实施：

一种熔盐堆氚输运特性耦合计算方法，步骤如下：

符号说明：上标N表示整个计算回路中的第N个控制体，下标graphite表示石墨，下标deposition表示Cr²⁺的沉积，下标corrosion表示Cr的腐蚀；上标hot leg表示热管段，上标cold leg表示冷管段，上标HX表示换热器；

步骤1：获取熔盐堆的几何参数和运行参数以及程序计算参数，几何参数包括熔盐堆堆芯处冷却剂与石墨的总接触面积、热管段内侧表面积、冷管段内侧表面积和换热器与冷却剂的总接触面积，堆芯、热管段、换热器、冷管段内冷却剂的体积；运行参数包括熔盐堆堆芯入口冷却剂温度、堆芯出口冷却剂温度、熔盐堆运行压力、石墨温度、冷却剂流速、冷却剂压力、给定温度下熔盐中Li-6、Li-7和Be-9的初始核子数密度、堆芯中子通量密度，石墨吸附系数、Cr²⁺沉积系数、Cr腐蚀系数、T₂渗透系数和Cr²⁺的平衡浓度值，氚生成后对于T⁺和T₂的分配比例；程序计算参数包括熔盐堆稳态运行时间、时间步长，堆芯、热管段、换热器和冷管段划分的控制体数；