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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