Lò phản ứng nhiệt độ rất cao – Wikipedia

Một loại lò phản ứng hạt nhân

Sơ đồ lò phản ứng nhiệt độ rất cao.

Lò phản ứng nhiệt độ rất cao (VHTR), hoặc lò phản ứng làm mát bằng nhiệt độ cao (HTGR), là một khái niệm lò phản ứng thế hệ IV sử dụng lò phản ứng hạt nhân được điều chế bằng than chì với chu trình nhiên liệu uranium một lần. VHTR là một loại lò phản ứng nhiệt độ cao (HTR) về mặt khái niệm có thể có nhiệt độ đầu ra là 1000 ° C. Lõi lò phản ứng có thể là "khối lăng trụ" hoặc lõi "đá cuội". Nhiệt độ cao cho phép các ứng dụng như xử lý nhiệt hoặc sản xuất hydro thông qua chu trình iốt lưu huỳnh nhiệt hóa.

Tổng quan [ chỉnh sửa ]

VHTR là một loại lò phản ứng nhiệt độ cao, về mặt khái niệm có thể đạt đến nhiệt độ đầu ra cao (lên đến 1000 ° C); tuy nhiên, trong thực tế, thuật ngữ "VHTR" thường được coi là lò phản ứng làm mát bằng khí và thường được sử dụng thay thế cho "HTGR" (lò phản ứng làm mát bằng khí ở nhiệt độ cao).

Có hai loại HTGR chính: lò phản ứng đá cuội (PBR) và lò phản ứng khối lăng trụ (PMR). Lò phản ứng khối lăng trụ đề cập đến cấu hình lõi khối hình lăng trụ, trong đó các khối than chì hình lục giác được xếp chồng lên nhau để phù hợp với áp suất hình trụ tàu. Thiết kế lò phản ứng đá cuội (PBR) bao gồm nhiên liệu ở dạng sỏi, xếp chồng lên nhau trong một bình áp lực hình trụ, giống như một máy bóng kẹo cao su. Cả hai lò phản ứng có thể có nhiên liệu xếp chồng lên nhau trong một khu vực annulus với ngọn lửa trung tâm than chì, tùy thuộc vào thiết kế và công suất lò phản ứng mong muốn.

VHTR của Nga cũng là một HTGR.

Lịch sử [ chỉnh sửa ]

Thiết kế HTGR lần đầu tiên được đề xuất bởi các nhân viên của Phòng thí nghiệm Power Pile của Phòng thí nghiệm Clinton (hiện được gọi là Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge [1]) trong 1947. [2] Giáo sư Tiến sĩ Rudolf Schulten ở Đức cũng đóng một vai trò trong sự phát triển trong những năm 1950. Lò phản ứng Peach bottom ở Hoa Kỳ là HTGR đầu tiên sản xuất điện và đã làm rất thành công, với hoạt động từ năm 1966 đến 1974 với tư cách là người trình diễn công nghệ. Trạm tạo Fort St. Vrain là một ví dụ về thiết kế này hoạt động như một HTGR từ năm 1979 đến 1989; mặc dù lò phản ứng bị vướng mắc bởi một số vấn đề dẫn đến việc ngừng hoạt động do yếu tố kinh tế, nó đã đóng vai trò là bằng chứng của khái niệm HTGR ở Hoa Kỳ (mặc dù không có HTGR thương mại mới nào được phát triển ở đó kể từ đó). [3] [ không được trích dẫn ] HTGR cũng đã tồn tại ở Vương quốc Anh (lò phản ứng rồng) và Đức (lò phản ứng AVR và THTR-300), và hiện đang tồn tại ở Nhật Bản (lò phản ứng thử nghiệm kỹ thuật nhiệt độ cao sử dụng lăng kính nhiên liệu với công suất 30 MW và Trung Quốc (HTR-10, thiết kế giường sỏi với 10 MW e thế hệ). Hai HTGRs giường sỏi quy mô đầy đủ, mỗi HTR có công suất 100 – 195 MW e đang được xây dựng tại Trung Quốc vào tháng 11 năm 2009, [4] và được quảng bá ở một số quốc gia nhà thiết kế lò phản ứng.

Thiết kế lò phản ứng hạt nhân [ chỉnh sửa ]

Bộ điều tiết neutron [ chỉnh sửa ]

Bộ điều chế neutron là than chì, mặc dù đó có phải là lõi điều chế không được cấu hình trong các khối lăng trụ than chì hoặc trong đá cuội than chì phụ thuộc vào thiết kế HTGR.

Nhiên liệu hạt nhân [ chỉnh sửa ]

Nhiên liệu được sử dụng trong HTGR là các hạt nhiên liệu được phủ, như các hạt nhiên liệu TRISO. Các hạt nhiên liệu tráng có hạt nhiên liệu, thường được làm từ uranium dioxide, tuy nhiên, uranium carbide hoặc uranium oxycarbide cũng có khả năng. Uranium oxycarbide kết hợp uranium carbide với uranium dioxide để giảm lượng cân bằng hóa học oxy. Ít oxy hơn có thể làm giảm áp suất bên trong các hạt TRISO gây ra bởi sự hình thành carbon monoxide, do quá trình oxy hóa của lớp carbon xốp trong hạt. [5] Các hạt TRISO được phân tán trong một viên sỏi cho thiết kế nền đá cuội hoặc đúc thành các hợp chất / thanh sau đó được chèn vào các khối than chì hình lục giác. Khái niệm nhiên liệu QUADRISO [6] được hình thành tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne đã được sử dụng để quản lý tốt hơn sự dư thừa của phản ứng.

Chất làm mát [ chỉnh sửa ]

Helium [ chỉnh sửa ]

Helium là chất làm mát được sử dụng trong hầu hết các HTGR cho đến nay và đỉnh cao nhiệt độ và công suất phụ thuộc vào thiết kế lò phản ứng. Helium là một loại khí trơ, do đó, nó thường sẽ không phản ứng hóa học với bất kỳ vật liệu nào. [7] Ngoài ra, phơi nhiễm helium với bức xạ neutron không làm cho nó bị nhiễm phóng xạ, [8] không giống như hầu hết các chất làm mát có thể khác.

Muối nóng chảy [ chỉnh sửa ]

Biến thể làm mát bằng muối nóng chảy, LS-VHTR, tương tự như thiết kế lò phản ứng nhiệt độ cao (AHTR) tiên tiến, sử dụng muối florua lỏng cho làm mát trong lõi cuội. [1] ( phần 3 ) Nó chia sẻ nhiều tính năng với thiết kế VHTR tiêu chuẩn, nhưng sử dụng muối nóng chảy làm chất làm mát thay vì helium. Nhiên liệu cuội nổi trong muối, và do đó sỏi được bơm vào dòng nước làm mát để được mang xuống đáy giường sỏi, và được lấy ra khỏi đầu giường để tuần hoàn. LS-VHTR có nhiều tính năng hấp dẫn, bao gồm: khả năng làm việc ở nhiệt độ cao (nhiệt độ sôi của hầu hết các muối nóng chảy được xem xét là> 1.400 ° C), hoạt động áp suất thấp, mật độ năng lượng cao, hiệu suất chuyển đổi điện tốt hơn so với VHTR làm mát bằng helium hoạt động ở các điều kiện tương tự, hệ thống an toàn thụ động và giữ lại tốt hơn các sản phẩm phân hạch trong trường hợp xảy ra tai nạn.

Điều khiển [ chỉnh sửa ]

Trong các thiết kế hình lăng trụ, thanh điều khiển được chèn vào các lỗ được cắt trong các khối than chì tạo nên lõi. VHTR sẽ được điều khiển giống như các thiết kế PBMR hiện tại nếu nó sử dụng lõi giường cuội, các thanh điều khiển sẽ được đưa vào bộ phản xạ than chì xung quanh. Kiểm soát cũng có thể đạt được bằng cách thêm sỏi có chứa chất hấp thụ neutron.

Thử thách vật liệu [ chỉnh sửa ]

Liều nhiệt độ cao, neutron cao và, nếu sử dụng chất làm mát muối nóng chảy, môi trường ăn mòn, [1] ( p46 ) của VHTR yêu cầu các vật liệu vượt quá giới hạn của các lò phản ứng hạt nhân hiện tại. [ cần trích dẫn ] Trong một nghiên cứu về lò phản ứng thế hệ IV nói chung (trong đó Có rất nhiều thiết kế, bao gồm VHTR), Murty và Charit cho rằng các vật liệu có độ ổn định kích thước cao, có hoặc không có ứng suất, duy trì độ bền kéo, độ dẻo, khả năng chống rão, v.v. sau khi lão hóa và chống ăn mòn là những ứng cử viên chính để sử dụng trong VHTR. Một số vật liệu được đề xuất bao gồm siêu hợp kim gốc niken, cacbua silic, các loại than chì cụ thể, thép crôm cao và hợp kim chịu lửa. [9] Nghiên cứu sâu hơn đang được tiến hành tại các phòng thí nghiệm quốc gia Hoa Kỳ về vấn đề cụ thể phải được giải quyết trong Thế hệ IV VHTR trước khi xây dựng.

Các tính năng an toàn và các lợi ích khác [ chỉnh sửa ]

Thiết kế tận dụng các đặc tính an toàn vốn có của lõi được điều chế bằng than chì làm mát bằng helium với tối ưu hóa thiết kế cụ thể. Than chì có quán tính nhiệt lớn và chất làm mát helium là pha đơn, trơ và không có hiệu ứng phản ứng. Lõi được cấu tạo từ than chì, có khả năng tỏa nhiệt cao và ổn định cấu trúc ngay cả ở nhiệt độ cao. Nhiên liệu được phủ uranium-oxycarbide cho phép đốt cháy cao (gần 200 GWd / t) và giữ lại các sản phẩm phân hạch. Nhiệt độ thoát lõi trung bình cao của VHTR (1.000 ° C) cho phép sản xuất nhiệt quá trình không có khí thải. Lò phản ứng được thiết kế trong 60 năm phục vụ. [10]

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

  1. ^ a b c Ingersoll, D.; Forsberg, C.; MacDonald, P. (tháng 2 năm 2007). "Các nghiên cứu thương mại cho lò phản ứng nhiệt độ rất cao được làm mát bằng chất lỏng: Báo cáo tiến độ năm tài chính 2006" (PDF) . ORNL / TM-2006/140 . Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge.
  2. ^ McCullough, C. Rodgers; Nhân viên, Phòng Cọc điện (15 tháng 9 năm 1947). "Báo cáo tóm tắt về thiết kế và phát triển cọc điện làm mát bằng nhiệt độ cao". Oak Ridge, TN, Hoa Kỳ: Phòng thí nghiệm của Clinton (nay là Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge) . Truy xuất 2009-11-23 .
  3. ^ Cơ sở tri thức IAEA HTGR
  4. ^ "Refdoc". cat.inist.fr . Truy cập 12 tháng 4 2018 .
  5. ^ Olander, D. (2009). "Nhiên liệu hạt nhân – Hiện tại và tương lai". Tạp chí Vật liệu hạt nhân . 389 : 1 Phù22. doi: 10.1016 / j.jnucmat.2009.01.297.
  6. ^ "Chuyển hướng". linkshub.elsevier.com . Truy xuất 12 tháng 4 2018 .
  7. ^ "Phát triển công nghệ lò phản ứng làm mát khí nhiệt độ cao" (PDF) . IAEA. 15 tháng 11 năm 1996. p. 61 . Truy xuất 2009-05-08 .
  8. ^ "Hiệu suất nhiệt và sự không ổn định dòng chảy trong một mô-đun chuyển hướng kim loại xốp, làm mát bằng helium". Inistist. 2000 . Truy xuất 2009-05-08 .
  9. ^ Murty, K.L.; Từ thiện, I. (2008). "Vật liệu cấu trúc cho lò phản ứng hạt nhân Gen-IV: Thách thức và cơ hội". Tạp chí Vật liệu hạt nhân . 383 : 189 Từ 195. doi: 10.1016 / j.jnucmat.2008.08.044.
  10. ^ http://www.uxc.com/smr/L Library / Design% 20Specific /HTR-PM / Paper / 2006% 20-% 20Design 20aspects% 20of% 20the% 20Chinese% 20modular% 20HTR-PM.pdf Trang 489, Bảng 2. Trích dẫn: Thời gian hoạt động được thiết kế (năm) 60

Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ] [19659063

168032018.268032021.368032025.468032028..568032031.83.668032035..768032038.83.868032042..968032045.83
68032049..168032052.83.268032056..368032059.83.468032063..568032066.83.668032070..768032073.83.868032077..968032080.83
68032084..168032087.83.268032091..368032094.83.468032098..568032101.83.668032105..768032108.83.868032112..968032115.83
68032119..168032122.83.268032126..368032129.83.4680321..568032136.83.668032140..768032143.83.868032147..968032150.83
68032154..168032157.83.268032161..368032164.83.468032168..568032171.83.668032175..768032178.83.868032182..968032185.83
68032189..168032192.83.268032196..368032199.83.468032203..568032206.83.668032210..768032213.83.868032217..968032220.83
68032224..168032227.83.268032231..368032234.83.468032238..568032241.83.668032245..768032248.83.868032252..968032255.83
68032259..168032262.83.268032266..368032269.83.468032273..568032276.83.668032280..768032283.83.868032287..968032290.83
68032294..168032297.83.268032301..368032304.83.468032308..568032311.83.668032315..768032318.83.868032322..968032325.83
68032329..1680322.83.2680326..3680329.83.468032343..568032346.83.668032350..768032353.83.868032357..968032360.83
68032364..168032367.83.268032371..368032374.83.468032378..568032381.83.668032385..768032388.83.868032392..968032395.83
68032399..168032402.83.268032406..368032409.83.