最新整理放射性石墨粉尘——球床式高温气冷堆的固有不安全性x

最新整理放射性石墨粉尘——球床式高温气冷堆的固有不
安全性
20xx 年4月1日，互联wang上登出了一篇题为《再探球床式反应堆(PBR 安全性》的文章。

作者摩曼( Rainer Moormann )先生长期在德国于利希研究中心工作，是一位具有丰富球床高温气冷堆研发经验的专家。

该文语出惊人，开篇第一句话就概括说：“ PBR 的安全性能并不象人们较早时想象的那样美好”。

于利希研究中心20xx 年6 月发表的一项新的关于20 多年前关闭的德国球床堆AVR运行经验的研究指出，未来的PBR要增加
安全措施，还需要投入相当大的研发努力。

该文的观点在核电界内不胫而走，引起广泛的重视。

有消息灵通人士透露，摩曼先生是个高温气冷堆的坚决反对派。

笔者不知就里，不予置评，但坚信，赞成或反对的观点都只能建立在科学依据上。

因此，本文想就其中涉及到而又普遍关注的PBR的共性安全问题从技术上进行探讨。

1 高温气冷堆发展概况
从20 世纪60 年代开始，英国、美国和德国开始研发高温气冷堆。

1964 年，英国与欧共体合作建造的世界第一座高温气冷堆龙 (Dragon，20MWth堆建成临界。

其后，德国建成了15MWe勺高温气冷试验堆AVR和300MWe 的核电原型堆THTR-300。

美国建成了40MWe勺实验
高温气冷堆桃花谷(Peach-Bottom)堆和330MWe勺圣符伦堡 (Fort. St. Vrain )核电原型堆。

它们大多采用钍-铀燃料。

日本于1991 年开始建造热功率为30MWth 的高温气冷工程试验堆HTTR 1998年建成临界。

上世纪80 年代后期，高温气冷堆发展进入模块式阶段。

有潜在市场
应用前景的两种模块式高温气冷堆设计是：德国Siemens/Interatom 公司的球床模块式高温气冷堆HTR-Module和美国GA公司的柱状燃料元件模块式高温气冷堆MHTGR前者单堆热功率200MWth电功率80MW,其示范电厂拟采用2个模块；后者热功率为350MWth 采用蒸汽循环，示范电厂拟采用4个模块。

1994 年GA公司又提出更先进的热功率
600MWth采用氦气直接循环发电的GT-MH设计。

2 关于球床高温气冷堆安全性的再认识
2.1 流行的球床高温气冷堆安全设计
已经发表了大量的文章介绍球床高温气冷堆的安全特性。

在球床高温气冷堆的各个发展阶段，燃料元件均采用包覆颗粒燃料球。

典型的元件球直径为60mm 其中直径为50mm的中心石墨基体内均匀地弥散包覆燃料颗粒，元件外区为5mm厚的不含燃料的石墨球壳。

目前最新的包覆颗粒技术是全陶瓷型三重各向同性包覆（TRISO。

TRISO包覆颗粒的燃料芯核直径为0.5mm,其外首先包覆一层疏松的多孔低密度热解碳，用来贮存裂变气体、缓冲温度应力、吸收芯粒的辐照肿胀，及防止裂变反冲核对外层造成损伤；第2层为高密度热解碳层，用来防止金属裂变产物对SiC层的腐蚀，及承受部分内压；第3层SiC层是承受内压及阻挡裂变产物外逸的关键层；第4层高密度热解碳层，主要用来保护SiC层免受外来机械损伤。

包覆后的颗粒直径约为1.0mm。

每个球形燃料元件中包含有约12,000 个包覆燃料颗粒。

包覆燃料颗粒的包覆层形成了阻止裂变产物释放的第一道屏障，其良好性能是球床式高温气冷堆设计成功的基本保障。

试验结果表明，辐照后包覆燃料颗粒在1600C以下的温度范围内，即使经过长时间加热，裂变产物的释放率仍非常低。

在1700-2000C时释放率才有明显增加，而碳化硅层的老化现象要到2100C时才会发生。

因此，通常将1600C选为燃料球最高温度限值。