钠冷快堆中的结构材料

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1、龙龙 斌斌 韩丽萍韩丽萍 张金权张金权 付晓刚付晓刚 秦博秦博苏喜平苏喜平 周培德周培德 张东辉张东辉中国原子能科学研究院中国原子能科学研究院国家能源快堆工程技术研发（实验）中心国家能源快堆工程技术研发（实验）中心China Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, ChinaChina Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, China创新型核能系统创新型核能系统-GIV -GIV 第四代反应堆第四代反应堆钠冷快中子反应堆钠冷快中子反应堆 (SFR)(SFR)铅冷快中子反应堆铅冷快中子反应堆 (

2、LFR)(LFR)气冷快中子反应堆气冷快中子反应堆 (GFR)超临界水堆超临界水堆 (SCWR)超高温堆超高温堆 (VHTR)熔盐金属反应堆熔盐金属反应堆(MSR)前前 言言前前 言言Generation I原型堆原型堆 秦山秦山I I期期Generation II商用堆商用堆 秦山秦山IIII期期 秦山秦山IIIIII期期 大亚湾电站大亚湾电站 岭奥电站岭奥电站 田湾电站田湾电站Generation III先进型堆先进型堆 AP-1000 CAP-1000Generation IV创新型堆创新型堆 CEFR CDFR CCFRl SCWR1985压水堆电站在中国的成功压水堆电站在中国的成功p

3、 正在运行的正在运行的: : 4 plants, 11 units, about 8.6GWep 正在建设的正在建设的: : 19 units with 20GWep 计划在建设的计划在建设的: : 7 units with 7GWeCurtsy to Mr. Pan Ziqiang前前 言言核电在中国能源供给中的地位核电在中国能源供给中的地位20152015年电能中各种电力供给形式所占的比例年电能中各种电力供给形式所占的比例* JIANG Ze-min, Reflection on energy issues in China, CHINA NUCLEAR POWER, Vol.1, No.

4、2, p.98-113, 2008前前 言言20072007年电能中各种电力供给形式所占的比例年电能中各种电力供给形式所占的比例为什么要发展快堆为什么要发展快堆? 铀资源的贫乏铀资源的贫乏, 不足以支承不足以支承大量大量 NPPs 的运行的运行 PWR: 1% 利用率利用率 (U235丰度丰度:0.71%) SFR: 60-70%利用率利用率(能将能将U238转化成易裂变转化成易裂变Pu239) 降低錒系元素和长寿命裂变产物降低錒系元素和长寿命裂变产物(核废料核废料)的地质埋填的地质埋填前前 言言中国快堆发展现状中国快堆发展现状CDFR 示范快堆示范快堆 电功率电功率: 600- 900MWe

5、 初始设计初始设计: 2007年年 完成完成: 2020年年快堆发展战略快堆发展战略中国实验快堆CEFR顺利临界核电中长期发展规划(2005-2020年)提出：“及时启动快堆示范工程”。2006年发布的中国工程院咨询项目“大型先进压水堆和先进核能系统工程战略研究报告”提出：“为了加速我国快堆商用化的进程，不排除在国内、国际条件许可的情况下，由实验快堆直接向示范快堆过渡”。2007年8月中科院向国务院呈送的二十一世纪上半叶我国能源可持续发展体系战略研究报告（科发学部字2007243号）建议：将快堆先进核能系统研发与产业化列入国家重大专项。CCFR 商用快堆商用快堆 电功率电功率: 1000- 1

6、500MWe 初始设计初始设计: 2020年年 完成完成: 2030-2032年年To be filledCEFR 电功率电功率: 20MWe 初始设计初始设计:1990 完成完成: 2010年年CFR1000 示范快堆示范快堆 电功率电功率: 1000MWe 初始设计初始设计: 2010年年 完成完成: 2022年年CEFR 大事记大事记2000.05浇灌第一罐混凝土浇灌第一罐混凝土2002.08核岛厂房封顶核岛厂房封顶2005.08 堆本体安装开始堆本体安装开始2007.06 完成堆内构件安装完成堆内构件安装2008.03旋塞安装就位旋塞安装就位中国快堆发展现状中国快堆发展现状* 引自张东

7、辉博士引自张东辉博士中国实验快堆进展及热工流体综述中国实验快堆进展及热工流体综述2006.06主容器检验试验完成主容器检验试验完成2002.08Celebration for sealing-top of the reactor building2010.07.21 reach to critical中国实验快堆中国实验快堆CEFR CEFR 主要设计参数主要设计参数l 泳池式反应堆泳池式反应堆l 336.6336.6吨核级钠吨核级钠l 热功率热功率: : 65MWl 电功率电功率: : 20MWl 反应堆寿命反应堆寿命: : 30年年二回路二回路三回路三回路堆本体堆本体l高度高度: 45.0

8、cml直径直径: 60.0cm l燃料燃料/ /首炉燃料首炉燃料: (Pu,U)O2/UO2lPu（总量）（总量）: 150.3kglPu-239: 97.7kglU-235(enrichment): 42.6kg (19.6%)/236.7kg (64.4%)l最大线功率最大线功率: 430w/cml中子通量中子通量: 3.7x1015 n/cm2.s (max.) 平均中子通量平均中子通量: 1.76x1015 n/cm2.sl目标燃耗目标燃耗: 100,000MWd/tl堆芯入口钠温堆芯入口钠温: 360oC l堆芯出口钠温堆芯出口钠温: 530oC l主容器尺寸主容器尺寸(O): 8.

9、010m中国实验快堆主要参数中国实验快堆主要参数 CEFR CEFR 主要设计参数主要设计参数l 堆芯组件材料堆芯组件材料l 结构材料结构材料 中国实验快堆主要材料中国实验快堆主要材料控制棒组件控制棒组件 8 8不锈钢屏蔽组件不锈钢屏蔽组件: :332332 中国实验快堆主要材料中国实验快堆主要材料CEFR 堆芯燃料组件及控制棒组件材料堆芯燃料组件及控制棒组件材料燃料组件燃料组件感谢上海第一机床厂提供照片感谢上海第一机床厂提供照片CEFR 堆芯布置堆芯布置l 堆芯组件材料堆芯组件材料 燃料燃料: - 氧化物燃料氧化物燃料 (MOX) - 金属燃料金属燃料 (U-Pu-Zr) 燃料组件燃料组件

10、- 包壳包壳: ChS-68 - 外套管外套管: -450 (all Russian steels)中国实验快堆主要材料中国实验快堆主要材料CEFR 堆芯燃料组件及堆芯燃料组件及控制棒组件材料控制棒组件材料13上端塞上端塞压紧弹簧压紧弹簧上轴向上轴向转换区转换区下轴向下轴向转换区转换区金属绕丝金属绕丝燃料区燃料区下端塞下端塞包壳包壳操作头操作头外套管外套管堆芯支撑堆芯支撑钠入口钠入口燃料组件燃料组件材材 料料温温 度度（o oC C）中子通量中子通量（n/cmn/cm2 2s s）包包 壳壳外套管外套管燃料组件燃料组件C-68C-68-450-450360-560360-5606.6x106.

11、6x101515控制棒组件控制棒组件安全棒安全棒C-68C-6808X16H11M308X16H11M3360-550360-5503.2x103.2x101515 调节棒调节棒C-68C-6808X16H11M308X16H11M3360-548360-5483.2x103.2x101515补偿棒补偿棒C-68C-6808X16H11M308X16H11M3360-554360-5543.2x103.2x101515中子源组件中子源组件C-68C-6808X16H11M308X16H11M3360-530360-5303.2x103.2x101515不锈钢屏蔽组件不锈钢屏蔽组件316Ti31