核反應(yīng)堆又稱為原子能反應(yīng)堆或反應(yīng)堆，是能維持可控自持鏈式核裂變反應(yīng)，以實現(xiàn)核能利用的裝置。核反應(yīng)堆通過合理布置核燃料，使得在無需補加中子源的條件下能在其中發(fā)生自持鏈式核裂變過程。

近日，上海應(yīng)用物理研究所自主設(shè)計、上海電氣核電設(shè)備有限公司承制的2MWt液態(tài)燃料釷基熔鹽實驗堆(簡稱“TMSR-LF1”)堆容器筒體組件順利通過出廠驗收。堆容器筒體組件是開展堆本體離線安裝的基礎(chǔ)，經(jīng)過對設(shè)備包裝、起吊、裝車等過程進行仔細檢查，具備出廠條件，順利起運。

反應(yīng)堆容器是安置核反應(yīng)堆并承受其巨大運行壓力的密閉容器，也稱反應(yīng)堆壓力殼。核電站所用的反應(yīng)堆主要有輕水堆(壓水堆及沸水堆)、重水堆、氣冷堆及快堆等。由于反應(yīng)堆容器包容了反應(yīng)堆的活性區(qū)和其他必要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)形式隨不同堆型而異。

反應(yīng)堆容器是由反應(yīng)堆容器和頂蓋組成，前者由下法蘭(含接管段) 、筒體和半球形下封頭組焊而成，頂蓋由半球形上封頭和上法蘭焊接組成(或者為一體化頂蓋) 。上下法蘭面之間用兩道自緊式空心金屬(高鎳耐蝕合金In2718 或1828 鋼)“O”形環(huán)密封。為了避免容器內(nèi)表面和密封面腐蝕，在壓力容器內(nèi)壁堆焊有大于5mm 厚的不銹鋼襯里( 過渡層309L(00Cr23Ni11) + 308L (00Cr20Ni10) ) 。為防止外表面腐蝕，壓力容器外表面通常涂漆保護。

制作反應(yīng)堆容器的材料具備良好的純凈度、致密度、成分和性能均勻性，在中高溫度下具有優(yōu)良的力學性能(強度、塑性、沖擊韌性、斷裂韌性等) 、冶金質(zhì)量及良好的耐蝕性、焊接性和抗輻照的性能(中子輻照脆化敏感性低) 、熱穩(wěn)定性、加工性等。其中，以面對活性區(qū)的筒體段材料性能要求最高。

反應(yīng)堆壓力容器的作用是：

1、裝載著活性區(qū)及堆內(nèi)所有構(gòu)件，對堆芯具有輻射屏蔽作用，在頂蓋上安裝著控制棒管座及其驅(qū)動機構(gòu)，承受很大的機械和動載荷;

2、作為承壓邊界，密封高溫高壓含放射性的一回路冷卻劑并維持其壓力，承受動載荷和溫度載荷;

3、作為第二道屏障，在燃料元件破損后有防止裂變產(chǎn)物外逸的功能。

釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)是第四代先進核能系統(tǒng)的 6 種候選之一，包括釷基核燃料、熔鹽堆、核能綜合利用 3 個子系統(tǒng)，具有高固有安全性、核廢料少、防擴散性能和經(jīng)濟性更好等特點。我國的釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)預(yù)計將于2030年后在全球率先實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

熔鹽堆研發(fā)始于 20 世紀 40 年代末的美國，橡樹嶺國家實驗室于 1965 年建成液態(tài)燃料熔鹽實驗堆(MSRE)，這是迄今世界上唯一建成并運行的液態(tài)燃料反應(yīng)堆，也是唯一成功實現(xiàn)釷基核燃料(鈾-233) 運行的反應(yīng)堆。但由于“冷戰(zhàn)”的考慮，側(cè)重民用的熔鹽堆計劃下馬，美國熔鹽堆研發(fā)中止。

20 世紀 70 代初，中國也曾選擇釷基熔鹽堆作為發(fā)展民用核能的起步點，上?！?28 工程”于 1971 年建成了零功率冷態(tài)熔鹽堆并達到臨界。但限于當時的科技、工業(yè)和經(jīng)濟水平，“728 工程”轉(zhuǎn)為建設(shè)輕水反應(yīng)堆。

2011年中國重啟釷基熔鹽堆研究。2011 年，中科院圍繞國家能源安全與可持續(xù)發(fā)展需求，部署啟動了首批中科院戰(zhàn)略性先導科技專項(A類)“未來先進核裂變能——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(TMSR)”，計劃用 20 年左右的時間，在國際上首先實現(xiàn)釷基熔鹽堆的應(yīng)用，同時建立釷基熔鹽堆產(chǎn)業(yè)鏈和相應(yīng)的科技隊伍。專項依托中科院上海應(yīng)用物理所，上海有機所、上海高研院、長春應(yīng)化所、金屬所等 10 家院內(nèi)外科研單位參與。

熔鹽堆使用高溫熔鹽作為冷卻劑，具有高溫、低壓、高化學穩(wěn)定性、高熱容等熱物特性，無需使用沉重而昂貴的壓力容器，適合建成緊湊、輕量化和低成本的小型模塊化反應(yīng)堆。此外熔鹽堆采用無水冷卻技術(shù)，只需少量的水即可運行，可在干旱地區(qū)實現(xiàn)高效發(fā)電。熔鹽堆輸出的高溫核熱可用于發(fā)電，也可用于工業(yè)熱應(yīng)用、高溫制氫以及氫吸收二氧化碳制甲醇等。

熔鹽堆的優(yōu)異性能主要來自其復(fù)合熔鹽冷卻劑的高沸點等物理化學特點，熔鹽還可以用在太陽能集熱、大規(guī)模熱能存儲和大功率電池等，熔鹽的廣泛使用將給能源帶來革命性變化。

熔鹽利用的關(guān)鍵技術(shù)是熔鹽制備與純化技術(shù)、結(jié)構(gòu)材料制備加工技術(shù)、腐蝕控制技術(shù)、熔鹽回路關(guān)鍵儀器設(shè)備設(shè)計與制造技術(shù);相關(guān)技術(shù)還包括環(huán)境友好型輕同位素分離技術(shù)、基于復(fù)合氟化鹽熱擴散的材料表面改性技術(shù)、高溫熔鹽回路先進測量與控制技術(shù)、熔鹽堆堆芯設(shè)備設(shè)計制造技術(shù)、先進熱能轉(zhuǎn)換與利用技術(shù)、高溫電解制氫技術(shù)、熔鹽堆乏燃料干法分離與處理技術(shù)、核純釷制備技術(shù)、熔鹽堆燃料制備技術(shù)、環(huán)境中微量放射性氣體檢測與控制技術(shù)等。

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