快中子反应堆安全分析

快中子反应堆安全分析 快中子增殖堆的安全特性 能源学院 核反应堆工程 潘夏云(1080230111) 什么是快中子增殖堆, ? 快堆是由快中子产生裂变反应，以氧化铀 和氧化钚或金属铀作燃料，主要以奥氏体 不锈钢作结构材料，以金属钠作冷却剂， 不需要慢化剂的核反应堆; ? 快堆在消耗核燃料提供能量的同时，产生 多于消耗的核燃料。 快堆的一些突出优点 ? 充分合理地利用有限的核资源，保障核能 长期稳定的发展(可大量地将铀-238转换为 钚-239，铀资源利用率高); ? 引入快堆可达到合理的核燃料封闭循环 (可将工业钚和贫铀作增殖材料); ? 有利于解决长寿命锕系元素的最终处置问 题(在快堆中锕系元素可以消化掉) 快堆堆芯结构 ? 快堆一般以氧化铀和氧化钚混合燃料(U- 235，Pu-239)或金属铀(U-235)作燃料， 燃料加工成圆柱状芯块，装入到直径约为6 毫米的不锈钢包壳内，构成燃料元件。几 十到几百根燃料元件组合排列成六角形的 燃料组件; ? 快堆堆芯分为燃料区和增殖再生区两部分。 燃料区、 增殖区 ?燃料区由几百个六角形燃料组件盒组成。每个燃料盒 的中部是混合物核燃料芯块制成的燃料棒，两端是由 天然(或贫化)二氧化铀束棒组成的增殖再生区;核 燃料区的四周是由二氧化铀棒束组成的增殖再生区; ?铀238包围着堆芯的四周构成增殖层，钚-239(或铀- 235)裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生 区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成钚-239。 238U ，n ? 239U ? 239Np ? 239Pu 为什么选择钠冷却剂 ? 钠冷快堆用液态金属钠作为冷却剂，通过 流经堆芯的液态钠将核反应释放的热量带 出堆外。钠的中子吸收截面小;导热性好; 沸点高达886.6?，所以在常压下钠的工作 温度高，快堆使用钠做冷却剂时只需两、 三个大气压，冷却剂的温度即可达500- 600?;比热大，因而钠冷堆的热容量大; 在工作温度下对很多钢种腐蚀性小;无毒。 所以钠是快堆的一种很好的冷却剂。世界 上现有的、正在建造的和建造的都是 钠冷快堆。 快堆的安全特性 ? 具有足够大的负功率反应系数，保证堆的自稳 定性，在停堆系统失效的情况下使堆的功率降 到安全水平; ? 冷却剂压力低，只有0.7 ,0.8MPa，一回路容 器和管道承压低，不易损坏; ? 钠的比热大，因此堆芯有很大的热容量。又钠 的热导率大，堆芯有很大的热惰性，对瞬变有 很强的适应能力。钠的流动性好，停堆后易形 成自然对流，可非能动导出余热。冷却剂稳定 上升速率低，有足够时间应急。 ? 多道安全屏障。在快堆中，放射性材料和 周围环境之间设有三道安全屏障，即燃料 包壳、一回路压力边界(池式堆的容器、 回路式堆的容器、泵、中间热交换器和管 道)和安全壳。 回路式快堆 快堆的安全隐患 ? 高功率密度。典型钠冷快堆堆芯的平均功率密 度高达300 ,500kW/L，高功率意味着一旦燃 料元件表面散失冷却，其温度上升极为迅速， 导致燃料元件可能在34秒内熔化; ? 钠火事故。在钠火事故中，钠与安全壳大气的 传热以及钠与氧气相互作用产生化学热将会引 起安全壳大气温度和压力升高，进而危及安全 壳的完整性; ? 钠水反应事故。快堆蒸汽发生器中，水在传热 管内流动，钠在传热管外流动，由于水汽侧压 力比钠侧大，传热管若有裂缝水会冲入钠中， 发生剧烈的钠水反应。 ? 快中子增殖反应堆是一个可充分利用核燃 料 、可实现核燃料的增殖、低压堆芯下具 有的高热效率以及安全性好的先进型反应 堆。