一种聚变裂变包层系统的产氚模块技术方案

本发明专利技术公开了一种聚变裂变包层系统的产氚模块，包括：所述产氚模块包括截面为U型的锆包壳及球形的Li

【技术实现步骤摘要】
一种聚变裂变包层系统的产氚模块
本专利技术涉及核聚变裂变反应堆
，特别涉及一种聚变裂变包层系统的产氚模块。
技术介绍
能源是现代经济社会发展的物质基础，也是经济社会发展的重要制约因素，能源安全事关经济安全和国家安全，能源消耗对生态环境的影响日益突出。中国作为世界第一人口大国和最大的发展中国家，已是全球第二大能源生产国和消费国。面对日益紧张的能源局势，我国大力提倡节能降耗，并不断提高现有能源的生产和利用效率。我国当前的能源消费以煤为主，不仅煤炭的供给能力面临极大压力，煤炭大量生产和使用中存在的资源回采率低、烟尘、粉尘、NOx以及CO2排放量都将对生态环境造成极大压力，可见，要实现建设“低碳”社会的目标，我国需要大力改善能源结构。中国《核电中长期发展规划（2005-2020年）》指出核能是一种安全、清洁、可靠的能源，同时，将核电发展战略由“适度发展”转变为“积极发展”。核能的大规模部署，需协调解决好资源利用效率以及乏燃料后处理等问题。热中子堆的铀资源利用效率仅有1%，中长期持续大规模发展受到铀资源利用效率低的限制。快中子反应堆可将铀资源利用效率提高到60%，目前技术发展也比较成熟，有望成为新一代的主力核能系统，但快堆初装堆芯需大量浓缩铀和钚，燃料后处理需要同位素分离和铀钚分离，且燃料增殖速度与安全性之间存在制约关系，因而燃料倍增周期很长，在本世纪中叶甚至更长时间都难以大规模部署。在可以预见的一段时期内，纯聚变的商业化能源应用还无法实现，主要受到材料耐辐照性能、实现商业发电所需的高Q（聚变释放能量与实现聚变所需提供的加热能量之比）值困难的限制，长期来看还要受到氚资源的限制。传统概念的混合堆主要是进行核燃料增殖与核废料嬗变，他们大都有系统复杂、需要燃料后处理、经济性较差和受限于纯聚变堆芯的科学技术难题等特点，因而传统功能定位的混合堆难以得到较大发展。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的技术目的在于提供一种聚变裂变包层系统的产氚模块。本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术的聚变裂变包层系统的产氚模块，包括：所述产氚模块包括截面为U型的锆包壳及球形的Li4SiO4增值剂，所述锆包壳内设有若干截面为U型的隔板，隔板之间形成水流通道及氦气通道，水流通道与氦气通道间隔设置，氦气通道内填充有Li4SiO4增值剂。本专利技术的聚变裂变包层系统的产氚模块，产氚模块包括通过水慢化冷却管及氦气管而依次连接的上部产氚模块、中部产氚模块和下部产氚模块，所述上部产氚模块与下部产氚模块为梯形，中部产氚模块为矩形。本专利技术的聚变裂变包层系统的产氚模块，所述水慢化冷却管包括与水流通道连接的进水管及出水管，氦气管包括与氦气通道连接的进气管及排气管。本专利技术的有益效果是:通过设有的产氚模块保证了产氚模块中的水慢化冷却管和氚增殖剂小球区的互相独立，稳态运行时Li4SiO4球床间隙中再通入氦气载带氚，Li4SiO4小球填充区还兼顾构成了氦气载氚流道，最大化聚变中子的利用，并降低实现预期的能量增益和氚增殖比所需的keff，提高产氚效率，包层在深度次临界状态下工作，确保在任何情况下维持反应堆次临界。附图说明图1是聚变裂变反应堆的包层系统的单瓣包层结构图；图2是聚变裂变反应堆的包层系统的单瓣包层支撑结构图；图3是聚变裂变反应堆的包层系统的单瓣包层燃料模块结构图；图4是中部燃料模块中冷却剂压力管结构图；图5是下部燃料模块中冷却剂压力管结构图；图6是冷却剂压力管设于燃料模块中的局部结构图；图7是产氚模块的结构图；图8是图5中A的局部放大图；图9是聚变裂变反应堆的包层系统的单瓣包层产氚模块结构图。图中标记：1为产氚模块、101为上部产氚模块、102为中部产氚模块、103为下部产氚模块、104为隔板、105为氦气通道、106为锆包壳、107为Li4SiO4增值剂、108为水流通道、109为水慢化冷却管、110为进水管、111为出水管、112为氦气管、113为进气管、114为排气管、2为燃料模块、201为冷却剂压力管、3为工程通道、4为支承装置、401为内凹槽、402为横向筋骨、403为极向纵骨、5为定位导向隔板、6为注水孔、7为下部燃料模块、8为中部燃料模块、9为上部燃料模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细描述。如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8及图9所示的聚变裂变反应堆的包层系统，包括：18瓣包层模块，所述包层模块拼接包裹在聚变靶室外而形成360°的包层系统，每瓣包层模块包括若干连接的产氚模块1、若干连接的燃料模块2及支承装置4，所述包层系统的顶部设有用于安装聚变负载的开口，底部设有用于安装堆芯余氚回收系统的开口，所述支承装置4具有朝向聚变靶室中心的内凹部401，所述包层系统沿纵轴的截面形状为六边形，所述六边形沿纵轴对称，所述内凹部401内表面覆盖有产氚模块1及燃料模块2，所述产氚模块1设于燃料模块2的外层看，产氚模块1及燃料模块2均单独制造和安装。所述产氚模块1与燃料模块2之间还设有工程通道3，工程通道3在严重事故条件下，安全壳内置有安全水箱，依靠重力非能动地向工程通道中注水，水从工程通道3的底部进入，并从工程通道3底部向上流动，通过自然循环冷却燃料模块内壁面，实现堆内热量的导出，当热量排出时，工程通道内部支撑构架可以承受严重事故时的冲击载荷，并且工程通道3通常不需要大范围的维修，可靠性周期检查可以在停堆换料期间进行。工程通道注水系统，设于包层系统外部，通过管道与工程通道连接，属于独立的安全系统，在事故中，以燃料温度作为控制信号，温度达到整定值即启动系统，安全壳内置水箱依靠位差向工程通道注水，淹没次临界能源包层。产生蒸汽依靠非能动安全壳冷却系统（安全壳顶部换热器）将热量传递到安全壳外置贮水箱，冷凝水经安全壳回水槽收集后回流到安全壳内置水箱及地坑中，实现闭式循环。工程通道3可提高严重事故后锆箱壁内的保持力。在严重事故工况下，工程通道3使燃料模块的热量通过靠近燃料区锆箱壁的水沸腾而排出，能够控制燃料区熔化进程，保持次临界能源包层的完整性。在工程通道3内充满水并且燃料区热量被水和所产生的蒸汽经过锆箱壁导出期间，工程通道可承受阶跃的冲击压差。所述支承装置4包括横向筋骨402和极向纵骨403，横向筋骨402将极向纵骨403连接固定。上述，极向纵骨403作为包层系统受载主体，承受和传递包层外力，横向筋骨402用于提高真个支承纵骨的强度、刚度与稳定性。支承装置4可由4根极向纵骨403与若干水平设置的横向筋骨402焊接在一起，并且支承装置4靠近堆芯侧上部及下部设有三角形的支撑构件，三角形的支撑构件通过斜拉的方式加以支撑，从而在支承装置4上形成内凹部401，内凹部401用于安装产氚模块1与燃料模块2及工程通道3，这种支承装置4能够减小中子学性能的损失。所述燃料模块2包括依次连接的上部燃料模块9、中部燃料模块8和下部燃料模块7，上部燃料模块9与下部燃料模块7为梯形结构，中部燃料模块8为矩形结构，上部燃料模块9与下部燃料模块7对称设置，其中的燃料模块2的冷却剂压力管201中的冷却剂从下向上流动。所述燃料模块2包括锆材质的外壳202、设于外壳内的裂变燃料203和嵌入裂变燃料内的冷却剂压力管201。所述上部燃料模块9与下部燃料模块7内均嵌有2～6层冷却剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚变裂变包层系统的产氚模块，其特征在于，包括：所述产氚模块（1）包括截面为U型的锆包壳（106）及球形的Li

【技术特征摘要】
1.一种聚变裂变包层系统的产氚模块，其特征在于，包括：所述产氚模块（1）包括截面为U型的锆包壳（106）及球形的Li4SiO4增值剂（107），所述锆包壳（106）内设有若干截面为U型的隔板（109），隔板（109）之间形成水流通道（108）及氦气通道（105），水流通道（108）与氦气通道（105）间隔设置，氦气通道（105）内填充有Li4SiO4增值剂（107）。2.根据权利要求1所述的聚变裂变包层系统的产氚模块，其特征在于，产氚模块（1）包括通过水慢化冷却管（109）及氦气管（112）而依次连接的上部产氚模块（101）、中部产氚模块（102）和下部产氚模块（103），所述上部产氚...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和荣，黄洪文，刘志勇，郭海兵，马纪敏，王少华，丁文杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51