熔盐实验堆毕业论文

熔盐堆的基本原理为堆芯使用Li、Be、Na、Zr等的氟化盐以及溶解的U、Pu、Th的氟化物熔融混合作为燃料，在600~700℃和低压条件形成熔盐流直接进入热交换器进行热量交换。其中，LiF、NaF、BeF2、ZrF4为载体盐，提供熔融载体并改善共熔体的物理化学性质； UF4和PuF3为裂变燃料，产生热量和中子；ThF4和UF4为增殖燃料，吸收中子产生新的裂变燃料U或Pu，在线萃取处理后重新进入反应循环。一座熔盐反应堆生产的燃料在运行几年以后还可以重新再装备一座新的反应堆，具有极高的经济性。同时由于燃料的直接热交换方式使其具备可以小型化的优势，从而具有为舰船和航空器上提供动力的光明前景。

熔盐堆可以更安全。熔盐通过化学方法限制裂变产物，并且生成缓慢或不产生气体。同时，燃料盐并不在气体或水中燃烧。堆芯以及主冷却循环在接近大气压下运行且没有蒸汽，因此超压爆炸事件不会发生。即便发生了意外事件，大量的放射裂变产物仍将留在盐中而不会散播到空气中。熔盐堆芯是防熔化的，因此，最坏的事件将会是物质泄露。在这种情况下，燃料盐会被排放到被动冷却储存室中以应对该事件。所提出的中子源加速器可以满足一些超级安全的次临界实验设计，以及直接完成初始的钍-铀233嬗变，而该加速器实质上是一个医用质子束源。有些种类的熔盐堆有着很高的效率。由于堆芯以及主冷却循环工作在低压下，它可以做的更薄，焊接组件成本相对低廉。因此，其成本远低于轻水反应堆堆芯所需要的高压容器成本。同样，一些形式的液体燃料钍增殖可以在每兆瓦产能下比其它堆型使用更少的裂变材料。温度足够高以产生制氢或其它化学反应的工业热。由于这一点，它们被纳入到第四代反应堆的路线图中以进行更深入的研究。熔盐燃料与钍增殖无需核燃料循环并且潜在消除了对燃料富集与装配的需求，而这两项原本耗费巨大。液体氟化钍反应堆或称作LFTR，是接近这个技术的一个例子。熔盐堆同样有很好的中子经济，并且基于设计有比传统轻水反应堆更硬的中子谱。因此，它可以在更少的反应燃料下运行。一些设计（比如熔盐实验堆）可以设计运行三种普通核燃料中的任意一种。例如，它可以增殖铀238、钍，甚至燃烧轻水反应堆的超铀乏燃料。与之相比，一个水冷反应堆不能完全消耗钚的产物，这是由于裂变废料增加的杂质捕获了太多的中子使得反应“中毒”。熔盐——钍增殖燃料的运行周期更长，通过化学沉降或脱气作用去除中子毒物的方法可以使其运行几十年而不加燃料。熔盐堆涵盖了宽泛的能源尺度范围。小到几个兆瓦的反应堆，已经构筑完成并处于运行当中。大到几个吉瓦的反应堆，设计理论已经被提出。由于轻型结构与压缩堆芯，熔盐堆比其它已证明的反应堆设计的每瓦特重量更轻（即，它们拥有更大的“功率密度”）。因此，小型以及长填料时间间隔的特点使其成为舰船、飞机、宇宙飞船等载具的最佳动力选择。

美国橡树岭国家实验室从20世纪50年代开始发展熔盐堆，但由于一些非技术因素的原因在20世纪70年代中止。在技术方面，熔盐堆在20世纪中期发展一个很重要的技术瓶颈是抗中子辐射和抗熔盐腐蚀的材料研究，此时对于材料的研究还使用一些半经验的研究方法。随着最近几十年来材料科学的发展及分析检测手段的发展（如同步辐射技术和中子散射技术），熔盐堆的研究又重新被美国政府提上日程，随后其能源部又组织了英国、法国、日本、韩国、巴西、加拿大、阿根廷、南非等多个国家参加的高级政府代表会议，对发展新一代核能的国际合作开展了广泛深入的探讨，提出新一代核能体系——第四代核反应堆的研发，具体包含如下六种堆型：熔盐堆（MSR），气冷快堆（GFR），铅冷快堆（LFR），钠冷快堆（SFR），超临界水冷堆（SCWR），超高温堆（VHTR）。其中，熔盐反应堆(Molten Salt Reactor, MSR)，具有极高的中子经济性、大功率密度、固有负载可控、负温度系数大、高转化比、高可靠性、燃料组合耗费低、可增殖性等优点，在2002年日本东京召开的第四代核反应堆国际研讨会上，被确定为优先发展的第四代核反应堆设计方案之一。