什么是石墨水冷电堆?

2022-07-20 11:53

石墨水冷电堆是一种热中子反应堆,石墨为慢化剂,水为冷却剂。在工业发展的初期,石墨水冷电堆主要用于生产武器装药钚、氖等。这种反应堆通常使用天然铀金属部件作为燃料。反应堆中天然铀中的铀的235吸收中子产生核裂变反应,释放中子和能量。其中一些中子用于维持链式核裂变反应,一些被天然铀中的铀238吸收,并转化为钚239和其他钚同位素。核纯石墨砌体用作结构石墨水冷电堆的慢化剂和反射器。

石墨砌体中有两三个水平通道(水平堆叠)或垂直通道(垂直堆叠)。在这些通道中插入可更换的石墨套管,并在套管中插入铝合金工艺管道,以将冷却水与石墨慢化剂分离。工艺管道内壁上有凸筋,以保持工艺管道和燃料元件之间的间隙。石墨砌体各部分的温度不均匀。通过改变石墨套筒和工艺管道之间的间隙以及工艺管道中的水流,可以部分调整砌体温度,使其温度分布更加平坦。通常,燃料元件由棒制成,直径约为35-38mm,长度约为100-200mm。为了提高比功率并使元件的径向燃耗均匀,还使用了管状燃料元件。在生产反应器的早期开发中,采用了开放式冷却模式。即使河流流经反应堆堆芯,含热量的水也会排入河流。由于耗水量大、排水中放射性水平高、环境保护问题突出等原因,该方法已停止使用,并广泛采用闭式冷却方法,即冷却水从堆芯流出,热量输出反应堆,热量通过热交换器传输到另一回路侧的水,然后通过主泵返回反应堆堆芯,形成闭合循环主冷却回路或主回路。

处理一回路水的热量有两种方法:一种是通过热交换器将一回路的热量传递到二回路水,然后通过冷却塔或河水将其冷却,将热量排放到环境中。另一种方法是通过热交换器将热量传递到废热利用系统,以向外界提供热量或发电作为热源。天然铀冷堆的一个重要特点是备用反应性很小。早期石墨水冷电堆的反应性随着温度的升高而增加,反应堆功率也随之增加(所谓的正温度效应),这导致反应性增加,直到反应堆被置于外部中子吸收器(控制棒等)的控制之下,或导致堆芯熔化等恶性事故。1986年,切尔诺贝利核事故发生后,正温度效应问题引起了各方面的关注。就反应堆物理设计而言,获得负温度效应,以确保反应堆具有至关重要的自稳定性。

 

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