铅铋冷快堆燃料与结构材料的选择及主要问题(2019)课件.ppt

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1、龙斌秦博阮章顺张金权付晓刚任丽霞杨文中国原子能科学研究院反应堆设计研究部反应堆材料中心ChinaInstituteofAtomicEnergy,102413,Beijing,China铅铋冷快堆燃料与结构材料的选择及主要问题第二届核材料技术创新学术会议2019年9月上海大会邀请报告ADS系统原理和构成强流质子加速器提供高能质子束，轰击重金属散裂靶，产生高通量散裂中子驱动次临界反应堆芯运行，将长寿命（万年以上）高放核废料嬗变成短寿命（百年级）核废料，达到焚烧核废料中长寿命核素的目的铅铋冷快堆的应用背景-ADS系统铅铋合金（LBE）铅

2、铋合金冷却剂创新型核能系统-GIV第四代反应堆钠冷快中子反应堆(SFR)铅冷快中子反应堆(LFR)气冷快中子反应堆(GFR)超临界水堆(SCWR)超高温堆(VHTR)熔盐金属反应堆(MSR)铅铋冷快堆的应用背景-LFR铅铋冷快堆的应用背景-小型化LFR上天下海致谢：杨宏义教授提供资料致谢：喻宏教授提供资料空间电站深海电站小型车载式移动电源铅铋快堆的优点感谢喻宏教授提供素材铅铋快堆具有高安全、小型化、长寿命、高功率密度等特点。长寿命小型化多功能机动性堆芯寿命5~10满功率年反应堆寿期15~30年……系统简化易实现池式一体化布置无中间

3、回路系统屏蔽设计可以简化无复杂专设安全系统核热供应模块一体化设计热电转换模块储电、供热等能源供给模块海水淡化模块可实现少人或无人控制巡航速度高提速快自然循环可大幅降低噪声源高安全运行在低压状态和相对稳定的化学特性，使其具备固有的非能动安全特性可实现完全自然循环铅铋沸点高，不会发生传热恶化铅铋冷快堆堆芯的完全融化的可能性非常小非能动放射性包容冷却剂：铅铋合金，leadbismutheutectic(LBE)LBE的相图（Pb-55.5Bi）什么是铅铋合金？Pb:44.5wt.%Bi:55.5wt.%好的中子学性能，能够发生散裂反应，

4、在相同的质子束功率下，可获得比固态钨靶更高中子通量密度高的传热能力；高沸点(1725℃)、低熔点(125.5℃)：-系统可以在低温、低压条件下运行，降低了系统实现的难度和高温高压下运行所带来的安全风险；-在堆运行温度下，LBE的饱和蒸汽压低，可缩减因铅铋蒸发与沉积所引起的系统控制和维修等问题的数量；-可排除严重事故、超设计基准事故情况下堆芯过热引起主回路增压、沸腾和热爆炸的可能性-由于排除了冷却剂气化，有可能防止失去冷却剂事故铅铋合金的优点水（0.62）氦气（0.144）钠（130）LBE（12.6）低的热中子吸收截面化学活性小：

5、-消除了万一冷却剂泄漏到反应堆房间或因SG传热管断裂，液态金属-水相互反应，发生火灾和爆炸的可能性。-反应堆采用整体设计，允许非能动排除余热。即使失去其它所有的热排出系统，仍然可用环绕容器的空气或水自然循环冷却反应堆容器，避免堆芯极度过热使堆芯损坏。更好地屏蔽射线LBE固化时较少的体积变化：-可进行多次的“凝固－熔化”操作，反应堆设备和部件也不会受到变形和损伤铅在溶解时体积增大3.6%，而铋在溶解时体积却减少-3.3%，LBE溶解时几乎没有变化：0.3%钠一般为2.65%铅铋合金的优点高密度(不锈钢部件和燃料组件浮起来）不透明（

6、燃料组件操作时不可视）LBE与结构材料的相容性较差，尤其需要考虑燃料元件包壳材料在液态LBE中的腐蚀容易产生氧化物（如PbO）从而阻塞流道Bi活化会产生放射性同位素210Po液态铅铋合金铅铋合金的缺点最早的铅铋合金冷却快堆Pb-BiExpfacility(1951)首艘铅铋核潜艇（NS-645）73MWth(1963)NS-705铅铋核潜艇155MWth(1971)NS-705系列铅铋核潜艇（7艘）155MWth(1976-1996)SVBR-100陆上堆（2017）NS-645核潜艇巡航出现事故LBE氧浓度没有进行控制而导致氧化

7、物集聚引起了管道的堵塞、材料腐蚀问题的出现俄罗斯具有铅铋堆核动力水下运行经验GIF下设的铅冷快堆临时系统指导委员会（PSSC）给出的三种铅冷快堆参考堆型正在设计研发的铅铋冷快堆三种核能系统采用的系统方法与解决方案，从设计与施工方面来看，都具有许多共同点。流体套管功率：1500/600MW燃料：MOX冷却剂温度：400/480oC包壳温度：max540oC功率：700/300MW燃料：氮化铀+氮化钚冷却剂温度：420/540oC包壳温度：max650oC功率：45/20MW燃料：氮化物冷却剂温度：420/560oC包壳温度：max6

8、50oC原子能院紧紧抓住国家军民两用战略需求，聚焦固定和移动两个型号系列，以示范项目为牵引，围绕型号初步设计，开展相关关键技术研究正在设计研发的铅铋冷快堆功率：15/3MW燃料：UO2或MOX冷却剂温度：340/485oC包壳温度：max540oC