高溫氣冷堆實(shí)習(xí)報告

1、 高溫堆相關(guān)技術(shù)及安全性摘要：以清華大學(xué)核研院10MW高溫氣冷堆為基礎(chǔ)，簡要地介紹高溫堆的應(yīng)用及其安全性，高溫堆的使用現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景等。經(jīng)過科學(xué)的分析和大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證了：高溫氣冷堆較其他堆型是具有較強(qiáng)競爭力的。關(guān)鍵詞：高溫堆 安全性 1、 高溫堆的的簡介高溫氣冷堆是采用耐高溫的陶瓷型涂敷顆粒燃料、用化學(xué)惰性和熱工性能良好的氦作冷卻劑、用耐高溫的石墨作慢化劑和結(jié)構(gòu)材料、冷卻劑出口溫度可達(dá)750950 的核反應(yīng)堆，甚至更高。高溫氣冷堆具有熱效率高（40%41%），燃耗深（最大高達(dá)20MWd/t鈾），轉(zhuǎn)換比高（0.70.8）等優(yōu)點(diǎn)。由于氦氣化學(xué)穩(wěn)定性好，傳熱性能好，而且誘生放射性小，停堆后能將

2、余熱安全帶出，安全性能好。其核燃料一般采用高濃二氧化鈾，亦有采用低濃二氧化鈾的。根據(jù)堆芯形狀，高溫氣冷堆分球床高溫氣冷堆和棱柱狀高溫氣冷堆。人們通常把五、六十年代建造的驗(yàn)證性核電站稱為第一代；70、80年代標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、批量建設(shè)的核電站稱為第二代；第三代是指90年代開發(fā)研究成熟的先進(jìn)輕水堆；第四代核電技術(shù)是指待開發(fā)的核電技術(shù)，其主要特征是防止核擴(kuò)散，具有更好的經(jīng)濟(jì)性，安全性高和廢物產(chǎn)生量少。第四代核反應(yīng)堆的六個構(gòu)型中，就有高溫氣冷堆，這是一個很有前途的方案，現(xiàn)行的高溫氣冷堆有兩個流派：石墨球床和柱狀燃料的，前者的使用者是中國和南非，后者是美、俄和日本喜歡的，這里著重說一下我國的石墨球床堆電廠

3、的技術(shù)特點(diǎn)。 石墨球床堆也叫卵石堆，最早是德國在本世紀(jì)60年代建成了原理堆，由于技術(shù)和需求的限制，30年沒有大的發(fā)展，直到上個世紀(jì)90年代，國際能源危機(jī)的壓力日趨嚴(yán)重，南非和中國先后開始了對這一技術(shù)的現(xiàn)代化研究和實(shí)用化探索，分別是南非國營電力設(shè)計(jì)的PBMR(400MW熱功率)和中國原子能技術(shù)研究院設(shè)計(jì)的HTR-PM(460MW)。兩者的設(shè)計(jì)都已經(jīng)基本完成，其間中國完成了清華大學(xué)10Mw原理堆(HTR-10)的建造和運(yùn)行工作，HTR-10已經(jīng)并網(wǎng)多時了。2、 HTR-10結(jié)構(gòu)及主要部件 我們知道，所有的核電站都由幾個部分組成：1：堆芯，核燃料在此低速燃燒，產(chǎn)生熱量。2：冷卻回路，堆芯產(chǎn)生的熱量通

4、過回路里的介質(zhì)傳導(dǎo)出去，使得堆芯保持一個穩(wěn)定的反應(yīng)溫度，持續(xù)工作。3：發(fā)電機(jī)組，把冷卻回路中的熱量通過汽輪機(jī)的方式轉(zhuǎn)換成電能。 先說說燃料組件，石墨球床氣冷堆的燃料組件大大不同于傳統(tǒng)的核燃料組件，你可以把它看成一個西瓜，外殼是硬化的石墨材料，相當(dāng)于西瓜皮，里面是稍微松散的石墨填料，相當(dāng)于西瓜瓤，在西瓜瓤里均勻分布著一些以UO2為主要成分的西瓜子，這就是真正的核燃料顆粒，順便說一下，這個瓜子有個用陶瓷做的瓜子殼，而UO2則相當(dāng)于瓜子仁。這個西瓜結(jié)構(gòu)的燃料組件直徑是6厘米無論顏色還是尺寸都很像我國北方常見的煤球。我們就暫時把它稱作“煤球”好了。 在反應(yīng)堆的堆芯里面（多是一個環(huán)形的圓柱體），這些煤球

5、就真的和煤球爐子里一樣，直接填充進(jìn)去就好了，在一定的溫度下，瓜子仁里面的核燃料開始裂變反應(yīng)，產(chǎn)生熱量，煤球里面的石墨起到慢化作用，保持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行，正常情況下，這些煤球的溫度是900攝氏度左右。 幾何知識告訴我們，一堆球球堆在一起，他們的周圍就自然而然的形成了均勻的空隙，這些空隙就是堆芯內(nèi)部的冷卻空間，我們在堆芯的一端注入高壓氦氣，另一端讓高壓氦氣流出，快速流過煤球空隙的氦氣帶走了多余的熱量，就構(gòu)成了堆芯冷卻的第一回路。900攝氏度的高壓氦氣從反應(yīng)堆中出來之后，有兩個途徑，一是繼續(xù)經(jīng)過一個水冷回路，把水加熱成蒸汽，推動汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，更先進(jìn)一些的就是直接用氦氣透平機(jī)組把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)

6、械能，帶動發(fā)電機(jī)。冷卻后的氦氣繼續(xù)打回堆芯，就構(gòu)成了完整的換能循環(huán)過程。 HTR-10全陶瓷型包覆顆粒球形燃料元件示意圖反應(yīng)堆堆芯區(qū)是一個由石墨反射層圍成, 直徑為180cm、高度約為240cm的具有錐形底部的圓柱形腔室, 內(nèi)裝燃料元件約27000個, 其活性區(qū)體積約5m³，活性區(qū)等效高度為197cm，上部約有40cm高的空腔，形成活性區(qū)上表面燃料元件的自由堆積面。堆芯上部設(shè)有燃料元件裝入管, 在堆芯底部有一個直徑為500mm的燃料元件卸料管, 用于連接裝入和卸出燃料元件。并且堆內(nèi)具有石墨塊和碳磚結(jié)構(gòu)，石墨反射層結(jié)構(gòu)分為頂部反射層、側(cè)反射層和底部反射層3部分；由內(nèi)向外又分為內(nèi)層石墨反

7、射層和外層含硼碳磚結(jié)構(gòu), 內(nèi)層石墨結(jié)構(gòu)主要作為活性區(qū)的中子反射層, 外層碳磚因其導(dǎo)熱系數(shù)小, 且含有熱中子吸收材料硼, 因此碳磚層具有隔熱和吸收熱中子的作用。整個反射層結(jié)構(gòu)在高度方向由15層石墨塊與碳磚組成, 每層石墨塊和碳磚在圓周方向又分成20塊, 各石墨塊之間由石墨鍵銷聯(lián)接, 起到定位和減少氦氣漏流的作用, 并使石墨砌體形成一個整體結(jié)構(gòu)。側(cè)反射層內(nèi)側(cè)靠近活性區(qū)的位置開有20個孔槽, 其中10個為直徑130mm的控制棒導(dǎo)向孔,7個為長圓形孔槽, 用于吸收球停堆系統(tǒng), 另外3個為直徑130mm的材料輻照孔道側(cè)反射層外側(cè)開有20個冷氦氣流動孔道。底部反射層石墨形成傾斜角為30°的活性區(qū)

8、錐形底部, 中央是直徑為500mm的卸料管, 這樣使燃料元件容易從堆芯流出且不形成“ 死區(qū)” 。底部反射層含有熱氦氣出口聯(lián)箱, 溫度不均勻的熱氦氣在聯(lián)箱中充分混合后經(jīng)熱氣導(dǎo)管進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。另外，HTR-10設(shè)置兩套獨(dú)立的停堆系統(tǒng), 即控制棒系統(tǒng)和吸收球停堆系統(tǒng)?？刂瓢粝到y(tǒng)由設(shè)置在側(cè)反射層孔道內(nèi)的10根吸收棒組成, 其吸收體是長度為2200mm、直徑為100mm的燒結(jié)B、C環(huán)形塊, 棒外徑為110mm, 包殼材料采用不銹鋼控制棒的驅(qū)動機(jī)構(gòu)裝設(shè)在壓力殼頂蓋上面, 它采用電機(jī)驅(qū)動和減速裝置相連接的鏈條機(jī)構(gòu), 控制提升或下降在失去電源時控制棒可以在重力作用下落到其最低位置, 使反應(yīng)堆停堆。控制棒系統(tǒng)

9、的反應(yīng)性當(dāng)量能滿足功率調(diào)節(jié)、熱停堆和長期冷停堆的要求。吸收球裝置是第二停堆系統(tǒng), 在控制棒系統(tǒng)發(fā)生全部失效事故時, 依靠吸收球系統(tǒng)可以使反應(yīng)堆由熱態(tài)最終達(dá)到冷態(tài)次臨界狀態(tài), 確保反應(yīng)堆的安全性。吸收球裝置設(shè)在反應(yīng)堆壓力殼內(nèi), 直徑為5mm的含硼吸收球放置在堆芯上部的貯存罐中, 當(dāng)需要投入此系統(tǒng)時, 吸收球可依靠重力落入側(cè)反射層槽內(nèi), 使反應(yīng)堆停堆。當(dāng)?shù)谝煌６严到y(tǒng)恢復(fù)正常功能, 堆要重新啟動時, 吸收球可以通過氣體輸送系統(tǒng)回送至堆頂貯存罐內(nèi), 使之處于備用狀態(tài)。同時，HTR-10采用球形燃料元件連續(xù)裝卸料運(yùn)行方式, 燃料裝料管通過壓力殼從堆芯上部將燃料元件裝入堆芯, 燃料元件在堆芯球床中按不同流

10、線和速度由上向下流動, 由堆芯的錐形底部通過直徑為500mm的卸料管排到堆外, 燃料元件通過設(shè)置在壓力殼外的碎球分離器將形狀或尺寸不符合要求的元件和碎片分選出來, 送至碎球罐貯存, 其他元件通過燃耗測量裝置進(jìn)行燃耗測量, 將未達(dá)到設(shè)計(jì)嫩耗值的元件重新裝入堆芯作再循環(huán), 將另一部分已達(dá)到設(shè)計(jì)燃耗的元件輸送到乏燃料貯存庫儲存在反應(yīng)堆額定功率運(yùn)行期間, 每天循環(huán)的燃料元件總數(shù)為125個, 其中需加入堆芯的新燃料元件和相應(yīng)的需卸出的乏燃料元件各為25個。在整個燃料循環(huán)中, 除了將元件通過輸送管道送至堆芯上部是要靠氣動輸送外, 其余部分均借助重力作用通過豎直或傾斜的管道自由滾動到系統(tǒng)的各個部位。反應(yīng)堆壓

11、力殼為立式圓柱形殼體, 內(nèi)徑4100mm, 總高度約10250mm。, 筒體部分壁厚為70mm。壓力殼頂蓋與下部筒體用法蘭聯(lián)接, 并采用環(huán)焊接密封結(jié)構(gòu)。壓力殼頂蓋上設(shè)有控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的接管和材料輻照孔道的接管結(jié)構(gòu), 壓力殼上還設(shè)里有燃料卸料管、吸收球系統(tǒng)輸氣管和測量儀表管的接頭或貫穿件其側(cè)面在熱氣環(huán)道高度上設(shè)有直徑為900mm的大孔, 用法蘭與熱氣導(dǎo)管壓力殼相接壓力殼的4個支撐架均勻地裝在熱氣導(dǎo)管接口中心線的位置上, 支撐架被固定在一回路混凝土艙室壁上。 10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆的總體結(jié)構(gòu)示意圖 在國家“863”計(jì)劃的支持下，2000年12月，清華大學(xué)核研院建成了“模塊式球床”10兆瓦高溫氣冷實(shí)

12、驗(yàn)堆（HTR10）。經(jīng)過兩年的調(diào)試，于2003年1月成功地實(shí)現(xiàn)了72小時連續(xù)滿功率運(yùn)行并網(wǎng)發(fā)電。HTR10是世界上第一座投入運(yùn)行的具有模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的球床高溫氣冷堆。三、一回路主要部件1、熱氣導(dǎo)管熱氣導(dǎo)管為一根內(nèi)徑為300mm的管內(nèi)外絕熱的管道, 管內(nèi)通過700熱氦氣, 管外與熱氣導(dǎo)管壓力殼組成的環(huán)形流道通過250冷氦氣。熱氣導(dǎo)管的一端與堆芯底部熱氦氣環(huán)道和堆芯筒體相連, 另一端接到燕汽發(fā)生器的氦氣入口端。由于管內(nèi)與管外流體溫差很大, 為減小管內(nèi)外的傳熱量, 熱氣導(dǎo)管壁的管分內(nèi)外兩層, 兩層之間充以耐高溫的絕熱材料。內(nèi)管的內(nèi)徑為300mm, 用5mm厚耐熱合金鋼板卷焊而成, 內(nèi)管的材料選擇考慮

13、了氮?dú)馓岣叩?50運(yùn)行的可能性。外管作為絕熱層材料和內(nèi)管壁的支承結(jié)構(gòu)和冷熱氦氣的密封隔離結(jié)構(gòu), 其工作溫度接近于冷氦氣溫度?？紤]到熱補(bǔ)償?shù)囊? 外管壁兩端分別與可伸縮的波紋管相焊接。熱氣導(dǎo)管的外管壁還要承受一定的外側(cè)氣體壓差, 其值低于主循環(huán)風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程。2、蒸汽發(fā)生器 蒸汽發(fā)生器的作用是把反應(yīng)堆發(fā)出的熱量由一回路冷卻劑氦氣傳到二回路, 產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電和供熱。它分隔并聯(lián)結(jié)一、二回路, 是防止帶有放射性的一回路冷卻劑對二回路污染的主要屏障。 HTR-10蒸汽發(fā)生器采用單頭螺旋管組件式結(jié)構(gòu), 它由37個管組件構(gòu)成。傳熱管采用18*3的管, 管長約27m, 總傳熱面積約56, ?？紤]到HTR-10

14、在第二階段氦氣溫度將提高到950 , 需設(shè)置中間換熱器用于高溫工藝供熱試驗(yàn), 方案設(shè)計(jì)中采用了蒸汽發(fā)生器與中間換熱器一體化的結(jié)構(gòu), 即中間換熱器組件布置在中央部分, 蒸汽發(fā)生器組件布置在周圍的環(huán)形空間, 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮了第一期過渡到二期時在制造、安裝和運(yùn)行上的工程銜接。3、氮循環(huán)風(fēng)機(jī) 一回路氦循環(huán)風(fēng)機(jī)為一臺立式單級離心風(fēng)機(jī), 葉輪在軸的下端, 風(fēng)機(jī)與其驅(qū)動電機(jī)同軸, 風(fēng)機(jī)的進(jìn)口管處設(shè)有隔離閥, 在風(fēng)機(jī)停止后即關(guān)閉此隔離閥, 以避免一回路氦氣形成自然循環(huán), 保護(hù)風(fēng)機(jī)部件不致過熱。風(fēng)機(jī)的進(jìn)口管與蒸汽發(fā)生器的冷氦氣出口管相接, 使風(fēng)機(jī)與蒸汽發(fā)生器組成一體化結(jié)構(gòu), 并裝置于同一壓力殼內(nèi)。 氦循環(huán)風(fēng)機(jī)

15、的工作壓力為3.0MP, 壓力升值為60kMP, 工作溫度為250 , 額定流量為4.3kg/s。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可在10%-100%額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié), 并通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的流量, 以滿足反應(yīng)堆各種運(yùn)行工況的要求。HTR-10主要設(shè)計(jì)參數(shù)反應(yīng)堆熱功率10MW一回路氦氣壓力3Mpa堆芯出口氦氣溫度700堆芯入口氦氣溫度250一回路氦氣流量4.3kg/s燃料UO2U235加濃度17%平均燃耗80000M Wd/t蒸汽發(fā)生器出口蒸汽壓力4Mpa蒸汽發(fā)生器出口蒸汽溫度440蒸汽發(fā)生器給水壓力104蒸汽流量12.5t/h燃料元件形式球形燃料元件最高容許溫度限值1600燃料元件最高設(shè)計(jì)溫度限值1200堆

16、芯活性區(qū)體積5m³堆芯平均功率密度2MW/m3堆芯內(nèi)燃料元件總數(shù)27000個堆芯最大快中子通量1.75*1015n/cm2堆芯最大熱中子通量3.43*1015n/cm2四、高溫氣冷堆原理高溫氣冷堆采用的是由耐高溫的陶瓷型涂敷顆粒燃料組成的球形燃料元件, 以化學(xué)惰性和熱工性能良好的氦氣(He) 作為冷卻劑, 耐高溫的石墨作為慢化劑和堆芯結(jié)構(gòu)材料。其中, 涂覆顆粒燃料為直徑只有0. 9mm的微型小球, 其核芯為直徑0. 5mm 的UO2 的顆粒, UO2 顆粒外包覆了一層低密度熱介碳, 兩層高密度熱介碳和一層碳化硅。包覆層將UO2 顆粒中產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物充分地阻留在包覆顆粒內(nèi), 并能承受氣

17、體裂變產(chǎn)物產(chǎn)生的內(nèi)壓力。球床高溫氣冷堆堆芯由球形燃料元件和石墨反射層組成。直徑約60mm的球形燃料元件從堆芯頂部連續(xù)裝入堆芯, 同時從堆芯底部卸料管連續(xù)卸出燃料元件。卸出的燃料元件如果未達(dá)到預(yù)定的燃耗深度, 則再送回堆內(nèi)使用,使每個燃料元件的燃耗深度基本一致, 從而實(shí)現(xiàn)了不仃堆裝卸料。這樣既大大提高了電站的負(fù)荷因子, 又無需儲備補(bǔ)償燃耗所需的反應(yīng)性, 即后備反應(yīng)性小( < 1. 0% ) , 從而大大提高了反應(yīng)堆的安全性。五、主要技術(shù)特點(diǎn)1.安全:俗稱“傻瓜堆”。即在任何事故情況下, 包括喪失所有冷卻的情況下, 不采取任何人為的和機(jī)器的干預(yù), 反應(yīng)堆都能保持安全狀態(tài), 即所謂的“固有安全

18、性”。由于球床堆芯功率密度低, 并具有較高的溫度負(fù)反應(yīng)性效應(yīng), 在所有運(yùn)行和事故工況下, 堆芯燃料元件的最高溫度不會超過1600。實(shí)驗(yàn)證明在1600以下致密的炭化硅包覆層仍可保持其完整性, 能使氣態(tài)和金屬的放射性裂變產(chǎn)物阻留在燃料顆粒內(nèi)。在安全防護(hù)上采取多屏障設(shè)計(jì)阻止放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放。即使在一回路冷卻劑失冷失壓的事故工況下, 其余熱仍可完全借助熱傳導(dǎo)、熱輻射和自然對流等方式非能動地載出, 使堆芯自然冷卻。這種非能動式的余熱排出系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得高溫氣冷堆具有固有安全特性。并且, 這已經(jīng)在2004年9月30日清華大學(xué)核能院對10MWt高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆進(jìn)行的固有安全性實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。2. 高效: 高

19、溫氣冷堆采用超臨界透平發(fā)電系統(tǒng)和不停堆裝卸料技術(shù), 發(fā)電效率、負(fù)荷因子高, 經(jīng)濟(jì)性好。高溫氣冷商用堆發(fā)電熱效率可達(dá)4347% (壓水堆一般為3335% ) 。根據(jù)南非國家電力公司( ESKOM ) 提供的117Mwe高溫氣冷商用堆PBMR設(shè)計(jì)性能參數(shù), 其設(shè)備年利用率可達(dá)98. 6% (壓水堆一般為80% ) 。3. 經(jīng)濟(jì): 高溫氣冷堆系統(tǒng)簡單, 采用模塊化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 可大幅縮短工期并適合群堆建設(shè), 降低后續(xù)工程的建設(shè)費(fèi)用。據(jù)南非ESKOM電力公司提供的PBMR商用堆群堆建設(shè)費(fèi)用(1000美元/千瓦) 和國內(nèi)媒體關(guān)于我國第一座高溫氣冷堆商用示范核電站建設(shè)投資的報道, 筆者認(rèn)為,模塊化高溫氣冷堆

20、每千瓦比投資將會低于壓水堆。另一方面, 更高的熱效率、高負(fù)荷因子和核燃料的高燃耗(約為壓水堆的一倍) , 可降低核電站的折舊成本和燃料成本, 大幅提高了核電站的經(jīng)濟(jì)性。由于其固有安全性, 允許建在靠近城市人口較為稠密的地區(qū)。這為我省內(nèi)陸行將退役的火電廠改建提供了可能性(其可行性尚待論證) 。4.用途廣: 一次工質(zhì)溫度可達(dá)7001000是高溫氣冷堆的一大特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢, 它不僅可用于高效率發(fā)電,還可以作為高溫工藝熱的核熱源, 用于煤的氣化、液化等工藝。尤其是高溫堆可以發(fā)揮其特有的優(yōu)勢, 為制氫工業(yè)提供清潔、廉價的核熱源, 形成無污染、無排放的能源鏈。5. 燃料適應(yīng)性強(qiáng): 高溫堆可以采用鈾釷循環(huán),

21、 把非裂變材料釷轉(zhuǎn)化成易裂變材料U233。好的堆芯設(shè)計(jì)可以做到核燃料轉(zhuǎn)化比大于1. 0, 實(shí)現(xiàn)核燃料的增殖。我國的鈾礦資源并不豐富, 貧礦多, 富礦少; 中小礦多, 大礦少。然而, 我國是世界上少有的幾個釷資源非常豐富的國家。因此, 從核能可持續(xù)發(fā)展所需的燃料供應(yīng)體系的戰(zhàn)略研究出發(fā), 開發(fā)高溫氣冷堆對于我國核能工業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。6、 安全性清華實(shí)驗(yàn)堆HTR-10，結(jié)構(gòu)是2回路的，1回路氦氣，2回路水。熱功率460Mw，電功率200Mw。這種結(jié)構(gòu)下最嚴(yán)重事故有兩類：1回路跑氣和2回路的水跑到1回路去。1回路跑氣的情況，只要進(jìn)氣口和出氣口不同時徹底斷掉，堆芯是接觸不到空氣的，所以石

22、墨球還是不會被氧化，即使兩端同時斷掉，石墨被氧化的周期是3個小時以上，除非吹純陽，才可能導(dǎo)致石墨材料的劇烈燃燒。根據(jù)清華實(shí)驗(yàn)堆的數(shù)據(jù)，在最嚴(yán)重的跑氣，堆芯徹底失冷，控制棒卡住下不來，且燃料都是新裝的(有勁兒)的情況下，30秒之內(nèi)，燃料組件就達(dá)到了熱平衡最大值，溫度是1030度左右，而“瓜子殼”的承受能力是1600，所以除非此時用球磨機(jī)磨燃料球，UO2還是跑不出來，而此后就是溫度繼續(xù)下降，負(fù)反應(yīng)最終接觸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。即便是堆芯徹底漏氣，空氣完全取代氦氣，有個計(jì)算，貌似是3天之后人工干預(yù)，只有2.5%左右的燃料顆粒，也就是“瓜子”能徹底暴露出來，而沒有機(jī)械損傷的話，保護(hù)殼不會破裂，UO2還是出不來，形

23、成的只是中子污染和銫134之類的逃逸。而只要反應(yīng)堆的殼子不壞（之間還有石墨耐熱襯層）。此種極限事故的輻射是周邊2KM人群<5個毫西佛特，而醫(yī)院X光師的環(huán)境，也要10-20個毫西佛特/小時的。煤球核燃料的后處理是所有核裝料中最好處理的，原因有4，1是首先燃燒深度大，可達(dá)90%以上，這是成型燃料組件做不到的，2是燃料顆粒外面的陶瓷保護(hù)層，大多數(shù)情況下可以隔絕可能的泄露，這也是成型組件做不到的，3是球球很小，你可以一個球一個球的拿機(jī)器徹底檢查它的輻照結(jié)果，作為深度處理的依據(jù)，這還是成型組件做不到的，4石墨是非常穩(wěn)定的，不怕腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度也高，埋起來安全得多，這還是成型組件做不到的。下面我就說說

24、它為什么巧妙首先，他的燃料組件尺寸很小，精度要求也不高，制造起來就容易得多。其次，堆芯的結(jié)構(gòu)很簡單，簡直就是一個高精度的煤球爐子，只要容納燃料球就好了。第三，他的冷卻熱質(zhì)是氦氣，好處有三：惰性氣體，不用擔(dān)心污染的傳遞，即使泄露也沒事；單一的氣體工質(zhì)，不用復(fù)雜的流體控制理論；氣體溫度很高，高達(dá)900度，而壓水堆則只有300-400度，未來的超臨界堆也不過500多度，所以效率不比壓水堆低。這就大大簡化了冷卻回路的復(fù)雜性，甚至只要氦氣透平機(jī)過關(guān)，一個回路就可以了，而壓水堆由于必須隔離污染的一次循環(huán)水，必須設(shè)計(jì)成兩個回路。由于工質(zhì)是“干凈”的，不必考慮管路中子脆化的問題，高溫氣冷堆的回路造價和使用期限

25、以及維護(hù)成本都低得多。第四，球床氣冷堆簡直就是一個燒核燃料的煤球爐子，換燃料的方式很簡單：把燒完的煤球從爐子下面放出去，新的煤球從上面倒進(jìn)去就完了，不用停堆換組件。不僅如此，氣冷堆還有先天的安全性，幾乎是“絕對安全”的，核電事故說白了就一種，那就是堆芯因?yàn)闇囟冗^高而融化，進(jìn)而破壞安全設(shè)施，造成核泄露。由于球床燃料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這是不會發(fā)生的。前面我們說了，燃料煤球里面的瓜子殼是陶瓷材料，瓜子仁是UO2燃料，這個殼可以承受1600度的溫度，正常情況下，外面的石墨“瓜瓤”的溫度是900度左右，一旦作為冷卻的氦氣停止供應(yīng)了，煤球的溫度就會升高，“瓜瓤”的溫度也會升高，由于瓜瓤比瓜子多得多，會迅速帶走瓜子表面的溫度，向外界輻射出去，保證“瓜子殼”不會超過極限的1600度。所以堆芯是不可能融化的。清華的示范堆就曾經(jīng)不止一次表演過在不插入控制棒的情況下停止冷卻的氦氣泵，整個堆芯迅速達(dá)到熱平衡，進(jìn)而安全停堆。如果說第三代壓水堆AP-1000的非能動安全設(shè)計(jì)還依賴于一套需要維護(hù)的安全設(shè)備的話，高溫氣冷堆連這套設(shè)備也省了。所以說，這種設(shè)計(jì)不再需要能耐壓的安全殼，不再需要冗余的安全設(shè)備，甚至可以簡化成一回路設(shè)計(jì)，大大降低了成本。做成模塊化的電站，由于其獨(dú)有的安全性，甚至可以在大城市周邊直接安裝使用。球床氣冷堆的造價優(yōu)勢和安全優(yōu)勢說過了，此外還有他的效率優(yōu)勢，就是電效