钠冷快堆中的结构材料
钠冷快堆的非能动停堆系统
DEVELOPMENT OF PASSIVE SAFETY DEVICES FOR SODIUM COOLED FAST REACTORS钠冷快堆的非能动停堆系统摘要：近年以来，钠冷快堆的非能动停堆系统的发展有了显著提高。
这篇文章呈现出了一些物理和工程研究所（IPPE）在1990到1995年间关于钠冷快堆的非能动停堆系统的一些研究成果。
介绍：安全加强的NNP单元的发展是核能发展最重要的问题。
计算表明，在非能动停堆系统能对反应性有较小影响时，伴随着安全系统失效的最严重的预想堆芯损坏可以避免。
在发生这种情况时，有非能动停堆系统的反应堆实际上要求由堆内环境提供的自然的内在的安全特性。
非能动停堆系统能相对于安全系统是一种附加设计，其设计目的是为了控制安全系统失效情况下的超设计基准事故，以避免液钠沸腾和严重堆芯损坏。
非能动停堆系统的各种各样的设计特性已逐渐被发现。
目前，俄国的非能动停堆系统最强调以下两点设计特性：1）根据钠流量的下降2）根据堆芯出口温度的上升在以上两种情况下，控制棒在重力作用下自动下落。
1.一回路冷却剂流量降低启动的液体悬浮的非能动停堆装置（或称非能动停堆组件）PSS1988-89年间，俄罗斯研究制造了两个可用于BR-10堆的实验用PSS（PSSN1和PSSN2），它的外形与BR-10的标准组件相同,表1为其主要的技术参数（如图1.1和表1.1），并且先对它们进行了堆外水环境下的实验。
计算技术的发展使得在水环境条件下得到的结果可以应用于钠环境下。
图1.1 BR-10 中液体悬浮式非能动停堆组件（PSS）结构图Q b：停堆时停堆棒可以悬浮时组件中冷却剂流量Q n r：停堆棒停在高位时组件中冷却剂流量Q m r：停堆棒停在低位时组件中冷却剂流量η：落棒边界图1.2 用于BN-600的PSS组件后于1994年12月完成了包括上电驱动的PSS的寿命的堆内实验。
实验验证了用于BR-10堆的PSS的推荐设计参数，并作为标准。
钠冷快堆中的结构材料全解
中国实验快堆主要材料
堆容器及堆内主要部件 泵支承
材料：俄罗斯产 08X16H11M3 功能：钠泵的支承结构 环境：钠温400oC 寿期最大中子注量 ≤ 1x1018n/cm2
中国实验快堆主要材料
堆容器及堆内主要部件 中间热交换器
材料：管材及壳体 俄罗斯产 08X16H11M3 支承：国产304SS 环境：钠温516-310oC 寿期最大中子注量 ≤ 1x1018n/cm2
中国实验快堆主要材料
堆容器及堆内主要部件 堆芯围桶
材料：俄罗斯产 08X16H11M3 功能：保持堆芯组件 结构完整性 重量：约6吨 环境：钠温360-530oC 寿期最大中子注量 ≤4x1023n/cm2
中国实验快堆主要材料
堆容器及堆内主要部件 压力管部件
材料：俄罗斯产 08X16H11M3 功能：将高温液态钠 导入堆芯和中 间热交换器 环境：钠温360oC 寿期最大中子注量 1x1018n/cm2
控制棒组件
调节棒 补偿棒
中子源组件 不锈钢屏蔽组件 硼屏蔽组件
600 （max） 3.2x1015 550 (max) 3.8x1015
中国实验快堆主要材料
堆容器及堆内主要部件
堆内部件材料大部分 采用进口材料（瑞典 和俄罗斯产） 部分材料使用国产不 锈钢
中国实验快堆主要材料
堆容器及堆内主要部件 主容器 材料：瑞典进口奥氏体钢316SS 功能：堆芯、堆内部件及高温 液态钠的容器 尺寸：内径为7960mm，壁厚 50mm/25mm（最大/最小） 重量：105吨 环境：钠温420oC 寿期最大中子注量 ≤1x1018n/cm2
Corrosion test under stress
钠冷快堆堆内构件用奥氏体不锈钢无缝管的开发
钠冷快堆堆内构件用奥氏体不锈钢无缝管的开发
庄建新;庄卓俊
【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】采用真空感应+电渣重熔+均质化热处理+锻造+热挤压+冷轧工艺实现了钠冷快堆堆内构件用TP316H不锈钢无缝管的国产化,并检验了产品表面质量及尺寸、化学成分、金相组织、室温-650℃的拉伸性能、室温冲击及硬度、高温持久性能等。
结果表明:该TP316H不锈钢无缝管表面质量良好,尺寸精度高;化学成分完全可控,纵向平均晶粒度约为5.5级,非金属夹杂物级别极低,铁素体含量为0,钢质纯净;室温及高温力学性能优异,耐晶间腐蚀性能优良,完全满足钠冷快堆堆内构件的工况运行要求。
【总页数】6页(P45-50)
【作者】庄建新;庄卓俊
【作者单位】江苏银环精密钢管有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
【相关文献】
1.KY 704高硅奥氏体不锈钢无缝管生产工艺研究及技术开发
2.基于一体化三维数值模拟的中国实验快堆冷钠池及其堆内构件热工特性分析
3.钠快冷反应堆用316H
奥氏体不锈钢高温拉伸试验及评测4.钠冷快堆堆外核测量系统热工数值模拟5.钠冷快堆用超洁净不锈钢的开发
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俄BN-800钠冷快堆13堆芯装填MOX燃料
国外核新闻2021.4核燃料循环【俄罗斯国家原子能集团公司网站2021年3月24日报道】俄罗斯别洛雅尔斯克核电厂4号机组近日在完成换料检修后重新投入运行。
此次换料是该机组首次只装填混合氧化物（MOX ）燃料。
该机组是俄唯一的BN-800钠冷快堆机组，2016年10月投运。
最初投运时，这台机组装填了由铀燃料和MOX 燃料组成的混合堆芯。
其中MOX 燃料组件由位于季米特洛夫格勒（Dimitrovgrad ）的核反应堆研究所（RIAR ）制造。
2020年初，该机组装填了由商业MOX 燃料制造厂提供的首批共计18个MOX 燃料组件。
在最近的换料中，向该机组堆芯装填了160个MOX 燃料组件。
目前，该机组1/3堆芯是MOX 燃料，未来将继续换装MOX 燃料。
俄MOX 计划于2000年启动。
当年，俄罗斯和美国签署《钚管理与处置协定》，需要各自处置34吨过剩武器级钚。
两国拟采用的处置方式均是将这些钚制成MOX 燃料，但美拟将这些燃料用于热堆商业机组，而俄拟用于快堆机组。
当时预计西方国家将向俄转让相关技术并提供资助。
但实际上，俄在西方国家未提供任何帮助的情况下独立推进MOX 燃料的研发。
当美国2018年决定取消其MOX 计划时（详见本刊2018年第11期相关报道），俄MOX 燃料研发工作已取得良好进展。
2011年，俄通过了旨在建立基于快堆的闭式燃料循环的长期发展战略。
此后，俄为MOX 燃料的研发和制造拨付了大量资金。
俄MOX 燃料制造厂位于热列兹诺戈尔斯克（Zheleznogorsk ）矿业与化学联合体（MCC ）地下200米深的矿井中，2014年底全面投入运行，2015年完成首个组件的相关试验，2018年启动批量制造。
MOX 燃料芯块的基础制造工艺由俄罗斯核燃料产供集团（TVEL ）旗下博奇瓦尔无机材料研究所（VNIINM ）研发，使用的原料是贫铀和钚。
俄目前已掌握利用从VVER 乏燃料提取的钚制造MOX 燃料的技术。
钠冷快堆六角形组件换热特性分析
Vol. 55 ,No. 2Feb. 2021第55卷第2期2021年2月原子能科学技术Atomic Energy Science and Technology 钠冷快堆六角形组件换热特性分析师泰，张东「刘一酋(中国原子能科学研究院，北京102413)摘要：钠冷快堆乏燃料组件在转运过程中，会暴露在传热性能较差的氮气环境中。
为保证燃料组件温度在转运过程中低于安全限值，本研究基于37棒燃料组件开展了在氮气环境下的实验研究及数值模拟计算。
研究结果表明：可采用等效导热法对组件内绕丝模型进行简化，简化模型能满足计算精度要求。
将计算结果与实验研究结果进行对比分析，结果表明数值模拟方法能较好模拟组件在氮气环境下的换热。
六角形燃料组件在氮气中的换热分析中，辐射换热具有重要的影响，实验工况下辐射换热占总换热量的36%〜57%。
关键词：钠冷快堆;六角形组件;数值模拟；乏燃料中图分类号:TL33 文献标志码：A 文章编号：1000-6931(2021)02-0211-08doi ：10. 7538/yzk. 2020. youxian. 0149Analysis of Heat Transfer Characteristic of Hexagonal Assemblyin Sodium-cooled Fast ReactorSHI Tai, ZHANG Donghui ** , LIU Yizhe 收稿日期：2020-03-16;修回日期：2020-07-10作者简介：师 泰(1988-),男，山西榆次人，助理研究员，博士，核能科学与工程专业* 通彳言作者：张东辉,E-mail ： zhangdh@ ciae. ac. cn(.China Institute of Atomic Energy , Beijing 102413 , China)Abstract : Spent fuel assemblies of the sodium-cooled fast reactors are exposed to anargon atmosphere with poor heat transfer performance during the transfer process. Inorder to ensure that the temperature of the fuel assembly is lower than the safety limit value during the transfer process , the experimental research and numerical simulationcalculation were carried out under the argon atmosphere based on the 37 rods bundle fuelassembly in the paper. The research results show that the equivalent heat conduction method can be used to simply the wire-wrapped assembly, which can meet the calcula tion accuracy requirements. The calculation results were compared with the experimen tal research results , which proves that the numerical simulation method can simulate the fuel assembly heat transfer well. In the heat transfer analysis of hexagonal fuel assemblyin argon atmosphere, the radiative heat transfer has an important influence. Under theexperimental conditions, the radiative heat transfer accounts for 36% to 57% of thetotal heat transfer.Key wnrtls:sodii.iTn（'Ge:lecl hisL叶迫:匚知口iwxHgcnhl.f\S：5eiiibly:i）utj^rictil situu Jiiiun: spem lael示范快堆是我国Lf1设计建楚阿-味池式衲冷決中f!＜血堆.反I.V：嫌眾用六用把鋼评作:为燃料•琥料在反应堆认彳j过禅屮屋泡亦牙燕性能校订旳液态伽荊中：胆按料过-E中金迪过换热件德較垄的価工空IH1.闵此-保；ll'.燃料组件伍胡气环境中安命I土是痣应址安伞设计旳巫史组成部卿「快堆燃料爼井初蛤释懸较k，—殷東川乏燃料汨泮装A申内捺存阱屮取47牛换料尚期的方式降低具糕变以功率，麼料卄炉不-爼17-由换料乐统提升到反应堆外部笊转国窣中■转运窣为毎辽环境：归討冋袒停在转运主nJ诜啓垃乩仲謔沿，萇至破损•爼忙破就:堆化会亍致放则性物质世人坏境"-、阖此*撕究熾料焙件在鼠"环境卜的换热特件■探汕反皿护换料丁魅中牛件的安全蔗捷屯要”Hfflri內外计对？■、用底红件忙气体聲境卜的换热持件研充萇少•E田索诅业国冢咒验率JI-*:“祺捌水平运输过稈快准幻了棹乏燃料爼讣的-快热持件U#*迂仃了低如热功率范需在不同/侑界厭中的捧邈试噓-待刊r红件山咅湍忌分弔吓拟件T体亍率豹验关系式'■■... A1yvkhin;i為:「、」心賣靑.劭个快堆乏曲;料il I.申i-的福1?桶的二维棧讯曲究环垃制卫娈化竟贮存桶H温庄■＞柑的韓响,汕冥表明外邨还境汩度妾化対贮打佃川温克介布尢明显蠢响•冋H4洱决了反向其嵌件热问琵.:本艾采用■■.难「【⑴较件i’m W乏燃洞爼件在允訓恳汽环境的仙运空悬停时，熾料爼件依気「I悠豹坏方式冷却p磁蛊血炀:同Hd 采川37抒杭规组怦实验进行验证.1实验简介股实临模拟37梃紺件在包气坏境下的疫换、试验装总如至I斯不、试•验民悬4:::庄.'Qj 吝器中,迪过对试脸段汀卄谨h电卽热複拟纠件耐发熱,纶件卩勺布宜有热¥隅車过豔电偶测M組丹内的韶度分:轨从血辐到r fi在不同功率下的局邮温度分札压力容端釆用:段式诰计.竄弋容器来川贞空呆牯贞空心汽入紘r,忒弓压为般定隹（I二丄■■： V MP^为瀚址密蛊壁I订稳址旳源度边界杀（V，在压力牡帝外壁焊故有控制M注度冷即管路.圧山容髀内M为t）00min:5t j H'-卜-啟高度为40j mm.111段高度为I Mu mm+上直|昏度.为沁门mtn,.倒-试验装青示盒樹Si'l irrvifi I:r c:f cx［：i,_:Tni'T-a I■•■pp.-ta r.is：J7嘩穆拟釘［.件诫怂段變岂安敎「圧Jj.客器屮設屮心位卅:辭段由怖加沏爼件盒辿成-如图2所示，怦束呈為和形基列•市3：）根』」故档tl7U测温:桩织腔°tl热档的內Al!iu陶如图？所示，棒内心川三热性碱好的枫曲粉乐埋充压实”根抿寻巾冲随温度的变记关奈,W .处于対称仏a阿加热护a Yr?■；e#a，np in-Hg如艺比斯示::毎紺」川蕊憔:广联^勺程控电源匹玄*独立调节巾源巾,乐,保证」「黒功率岂匀、红件盒:勺正人边昭统构•认I对过邛为-i-1nun,正观到帝闵启测温松一一金丝办热苹Fi^；.-~（；?='.＞：：＜i.ic：i|笞壬撕 泰等z -A.-t 快堆六ft ■'＞養fr 或•分所•213早忌智rmi.Lr 兀件俸山柱为貞讥叫楝F 層肌为 G, 9 :' L ii in .,总卡度为 1. '； m ,.肌讪姚悼吃站担: Si n:c I.itt r ；4 ir ：i. k'N屮心测溢辭（MJ 內餐裝1 M 热屯斶層囲得济帕MV 7 w .；分别安装睦只热申.偶,训淙棒不 "笛加圧功機.测血棒时测点位旨如图4氏不”E U V趣*00002 12•热电偶测点位置00O O 5088o o O5 o O6 6 5o o O5 o O 3 2 1一^Ml M2 M3 M4 M5 M6 M7對• MI-M7内諭乜仙泣旨I ■ i g b •T h cm'r.； c-j n ] ＞（.. I oc ；i fi c ： n 3 ' n M 1 M 72计算程序贬模型2. 1计算程序艰讲究采用（：1口砌pm 益旬丹戏恼软件址行讣霁■该软件采用JU 先进代连皱介氐方眷数讥技.术J I 変旳.新•代 Cb'|求綁鈴它捽戟」•「】:卜叽逋创忙H越冏榕4.戚扳术，可无成H 杂形狀釵括的输a 、 它的主&持直在.]■■条件谡战;j JF 处連h E ■轴hi 吋11开两亍笄例•臬让条件玫芒很需V 制.fa贴即“1互相转唤•产左了冉輛人1血附讨旧：•尤 北是在气休吸收礙数■各仮段的波枚范围录A 取肢啜收系数录儿筲数据¥.丈商眩芒中，为用户[V 省了 K 吊 I 神「U ；、扔 /）吟用丁 A R CCM I {+.釣M 怵网借丄成左商仃披k 的优勢，尤爲是应 划叢杂几何结构的计貸*划燃料埠朿、n 芯莽复亲几诃体-八、2.2关铤模型分析IJ 自然循环能』估斤热徙怏遞妁方成冇3种；;M 传导、热农流札魏辆!H ,乏撚料在孟/1环時T 设有從制对流-组件內部靠自然矿坯建立恍乩將件■由T 组件内部T 隙较小，口擀循H 儼力低山忽峪*讣-「I 然船坏能:加d 算油下，假役组件G 抚气充命换热•冠气出丨丨温賓与齟件衬慝-做.元件梯邊nil 温度询他 J 氟气在訓件内的|'|然诸坏流呈计算公成「" 11 yj :其中：°”为流14质空疏奉:’胞崗屮九密度匸kjvM 送为至力加速度、心5 为流专:迪横就可积M 叫鳥捋膨 ＜系執K ； g 沟紐廿衣卯:h 厦：匸；匚为孤/ ＜环境為度（与环览湍度-魏. m V ） ; *为兀件棒之IHJ 阁|H ；據,”比气依的起别黏度.口讥”冠气「I 鉗脅薮带疋的握足比：Q — X * 口、、* «■..C2.）具中：Q 为錢命、W ； *兀氟气肚度变it 命.它:r＞为比＞hL£MWJ/Cl4i ＞ t.\汁算得刮Q 谕.1. 1S7 X ,相对十 t 1 000 W 釦什:岛'率 1J翅略杞十、▽縊餐的模型简比H 于组件内部流副命甲[:较小*绕丝4.U 件换热rr n ： vj 彩响亠娈由于绕樂校好iTj 导热怦 能；而縫鈔对劉欝内濡流就的影响可您略"M此.〔:【6楚媒屮采用尢绕丝fr-'J 根刑，绕丝对纭 tt 内部导热IT7彩响关川等效亍热的方法分析■X 绕將的等蝕导热方牯泮」划」贞实朗件豹汁并曲果棵寺.釆用竽效製阻方法!:}■刊等奴廿:眺系数」小」如卜：艾中如対蛙效壮热矗数凡月入分别为気违和214原子能科学技术 第55卷钢的导热系数，W/(m • K)；4和A s 分别为氮气和钢的等效面积，廿。
钠冷快堆选材变化及技术特点
Modern Physics 现代物理, 2017, 7(4), 85-93Published Online July 2017 in Hans. /journal/mphttps:///10.12677/mp.2017.74010Material Changes and Technology Features of Sodium Cooled Fast ReactorYuhang Niu1, Xiuan Zhou1, Dongliang Hu1, Yao Xie1,2, Baoling Zhang1,3*, Min Li31North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou Henan2University of Science and Technology of China, Hefei Anhui3Sichuan University, Chengdu SichuanReceived: June 9th, 2017; accepted: Jun. 24th, 2017; published: Jun. 27th, 2017AbstractSodium cooled fast reactor (SFR) has attached worldwide attention. More and more SFR has been built in the world. In this paper, the advantages of SFR are introduced. Then the material change and the technical features of SFR of Russia, Japan, America, India and China are analyzed in detail.The technology of sodium cooled fast reactor is gradually changing from the experimental reactor to the commercial reactor.KeywordsSFR, Material, Technology, Plan钠冷快堆选材变化及技术特点牛钰航1，周秀安1，胡东亮1，解尧1,2，张宝玲1,3*，李敏31华北水利水电大学，河南郑州2中国科技大学核科学技术学院，安徽合肥3四川大学原子核科学技术研究所，四川成都收稿日期：2017年6月9日；录用日期：2017年6月24日；发布日期：2017年6月27日摘要钠冷快堆是作为世界研发进度最快的第四代反应堆，各核大国对钠冷快堆的发展十分重视，世界已经建*通讯作者。
70%——实验快堆设备自主化的努力
与俄 罗斯 的合 作只 能限于技 求的 目标 ， 这就为 快堆设 备的 自主化 提 堆 设 备 的 自主化 得 到 了 以一 重集 团为 费 的限制 ，
供ห้องสมุดไป่ตู้极好的实践平 台 。
实 验 快 堆 建 造 的 资 金 缺 口 加 大 了 设 备 自主 化 的 比 例
代 表的 大型 设备制造 国企的 大力 支持 ，
尽 管从上世 纪 ６ Ｏ年 代 ，我 国就 开
上世纪 ９ Ｏ年代 末 至本 世纪 初 ， 核 始 了快堆 技术 的研 发 ， 但直到 中 国实验 电建设 还处于 低潮期 ， 国内大 型设备 制 快 堆 工 程进 入 “６ ” 划 之 后 ， 堆 关 ８３ 计 快
造企业也处 于困难的过渡时期 。实 验快 键 设备的研发 投入 才逐渐加 大。但受经
术 设计和 主循环 钠泵 、蒸汽 发生器 、 控 制 棒驱 动 机构 、 料机 、 卸 料提 升机 换 装
等 屈 指 可 数 的 几 项 设 备 的 采 购 ， 如 堆 诸
同时快堆项 目也 帮助企业渡过 了难 关 。
国 内 首 次 建 设 快 堆 ，缺 乏 设 计 、 制 造 以及 审 评 的 经 验 ， 没 有 成 熟 的 技 术 更 标 准 和 规 范
科研性 工程项 目， 中国 实验快堆 在设 备
化 ，同 时 获得 了相 关 的数 十项 专 利 技
仪表 ， 方技 术人 员通过 咨 询 、 中 设计 审
自主化方 面达到 了 ７％以上 的比例 ， ０ 并 术 。对 于 引进 的 主 循 环 钠 泵 、 制 棒 驱 查 、 造 以 及 调 试 试 验 等 方 式 ， 经 有 控 监 已 实现了堆容 器堆 内构件 、 塞 、 旋 转运 机 、 动 机 构 、 发 器 、 间热 交 换 器 、 料 蒸 中 换
示范快堆中间热交换器材料316H_钢钠中老化行为研究
示范快堆中间热交换器材料316H 钢钠中老化行为研究纪琤 张金权*阮章顺 和雅洁中国原子能科学研究院 北京 102413摘要： 316H 钢是中国示范快堆中间热交换器的主要材料，随着运行时间的增加，其老化效应不断累积。
为探索316H 钢在示范快堆中间热交换器运行工况下的老化行为，此研究分别在353 ℃和535 ℃静态钠条件下对316H 钢管材和板材试样进行了1 000~8 000 h 的相容性试验，并对试验后的样品开展微观表征、腐蚀速率测量以及力学性能测试等分析。
结果显示：353 ℃条件下试样几乎不发生腐蚀现象，而在535 ℃条件下，高温加速了扩散使得材料的老化行为显著，随着试验时间的增加，材料在钠中的腐蚀转为稳态阶段。
研究表明：316H 钢在钠中的老化行为受到钠的温度、浸泡时间以及材料制造工艺等因素影响，在低氧低碳的低温钠环境中有较好的抗老化能力，在温度相对较高、时间较长的钠环境中存在老化迹象。
关键词： 316H 钢 钠冷快堆 中间热交换器 老化 腐蚀速率中图分类号： TL341文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2024)02-0117-04Research on the Aging Behavior of 316H Steel Sodium for Intermediate Heat Exchangers of Demonstration FastReactors in SodiumJI Cheng ZHANG Jinquan *RUAN Zhangshun HE Yajie China Institute of Atomic Energy, Beijing, 102413 ChinaAbstract: 316H steel is the main material for the intermediate heat exchangers of China's demonstration fast reac‐tors. With the increase of operating time, its aging effect continues to accumulate. To explore the aging behavior of 316H steel under the operating conditions of the intermediate heat exchangers of demonstration fast reactors, this study conducted the compatibility test of 316H steel pipe and plate specimens for 1000-8000 h under the static so‐dium conditions of 353 ℃ and 535 ℃, and analyzed the microstructure characterization, corrosion rate measure‐ment and mechanical property test of the samples after the test. The results showed that there was almost no corro‐sion phenomenon on the samples under the condition of 353 ℃, andthat under the condition of 535 ℃, high temperature accelerated diffusion, resulting in the significant aging behavior of the material, and the corrosion of the material in sodium shifted to a steady-state stage with the increase of test time. The research shows that the aging behavior of 316H steel in sodium is affected by factors such as the temperature of sodium, soak time and the manu‐facturing process of the material, and that it has good anti-aging ability in the low-oxygen, low-carbon and low-DOI： 10.16661/ki.1672-3791.2309-5042-5773基金项目： 中核集团领创项目研究（项目编号：167546）。
兆瓦级钠冷快堆堆芯中子学方案
创新方法研科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald5根据国际原子能机构的分类，等效电功率小于300 M W 的反应堆为小型反应堆[1]。
与大型商业核电站相比，在某些应用场合小型反应堆具有一定的优势：小堆易于实现固有安全性和非能动安全性，从而提高反应堆安全性能；小堆能够灵活地满足不同的用户需求，包括中小型电网供电、地区供热、工业用汽、海水淡化、制氢等[2]。
小型反应堆有不同类型，有模块化和一体化的先进小型压水堆、高温气冷堆、液态金属反应堆和熔盐堆。
其中压水堆是全球范围内数量最多的堆型，热中子反应堆拥有丰富的运行经验，其经济性和可靠性得到了充分的验证。
高温气冷堆采用气体作为冷却剂，热效率较高。
快堆以钠或铅铋作为冷却剂。
一回路压力较低，安全性更好。
熔盐堆是以熔融态盐作为冷却剂的反应堆，拥有高温低压的特点，且冷却剂活性较低。
上述堆型中，小型钠冷快堆是一种国际研发热点堆型，液态金属快堆对于小型堆的设计有一些独特之处：由于采用低压液态金属冷却剂，自然循环能力强，安全性和稳定性更出色。
快堆具有增殖的特性，能补偿部分的燃耗反应性，降低初始剩余反应性，从而简化控制方式，更利于自动运行。
该文分析了小型反应堆的特点和国内外研究现状，参考国际上小型堆的设计，给出了一个小型钠冷快堆的设计，并通过相关的计算证明了该方案的合理性和可行性。
1 堆芯方案描述小型钠冷快堆主热传输系统一回路采用回路式设计，堆芯进口温度400 ℃，出口温度550 ℃。
设计换料周期1 000等效满功率天，采用整体换料方式。
设计热功率3MW，燃料采用氧化铀，冷却剂为液态金属钠。
堆芯结构如图1所示，堆本体由六角形组件构成，中心是一盒含锎的中子源组件，2、3层组件为18盒燃料组件，活性区外围布置了6盒含B 4C芯块的控制棒组件和30盒铍反射层组件。
DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2015.36.005兆瓦级钠冷快堆堆芯中子学方案张涵(中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部 北京 102413)摘 要：小型反应堆是等效电功率小于300 MW的反应堆，具有易于实现固有安全性和非能动安全性、能够灵活地满足不同的用户需求等特点，符合第四代先进反应堆发展方向，是当前国内外反应堆研发热点之一。
第IV代核能系统钠冷快堆燃料和结构材料研发体系
抗拉强度 蠕变强度 低周疲劳和高周疲劳 蠕变-疲劳交互作用 塑性 时效老化
在高温高压水中的腐蚀 在正常和非正常水化学 条件下的腐蚀
抗拉强度 蠕变强度 低周疲劳和高周疲劳 蠕变-疲劳交互作用 塑性
在正常钠化学条件下的腐蚀 在有钠水反应条件下的腐蚀 材料对脱碳的敏感性
上轴向 转换区 包壳
外套管
燃料区
下轴向 转换区 堆芯支撑 金属绕丝
下端塞
钠入口
燃料组件
5
CEFR中的燃料和结构材料
CEFR 堆芯燃料组件及控制棒组件材料
材 料 包 壳 燃料组件 安全棒 ЧC-68 ЧC-68 ЧC-68 ЧC-68 ЧC-68 316Ti 316Ti 外套管 ЧC-68 08X16H11M3 08X16H11M3 08X16H11M3 08X16H11M3 316Ti 316Ti 温 度 （oC） 360-560 360-550 360-548 360-554 360-530 中子通量 （n/cm2s） 6.6x1015 ≤3.2x1015 ≤3.2x1015 ≤3.2x1015 3.2x1015
Main steam temperature and pressure
Feed water temperature Plant efficiency Fuel type
497 degree C 19.2 MPa
240 degree C Approx. 42% TRU-MOX
Integrated pump-IHX Reactor Vessel Reactor Core
数值
～1500 600 ～41% 80% 60 MOX （工业钚＋贫铀） 100 1.2 2/2 1/1 2 <10-6 <10-8
钠冷快堆革新型蒸汽发生器和关键技术综述
Nuclear Science and Technology 核科学与技术, 2021, 9(2), 44-49Published Online April 2021 in Hans. /journal/nsthttps:///10.12677/nst.2021.92006钠冷快堆革新型蒸汽发生器和关键技术综述张振兴国防科工局核技术支持中心，北京收稿日期：2021年3月7日；录用日期：2021年3月29日；发布日期：2021年4月9日摘要蒸汽发生器是钠冷快堆电站中最为关键的设备，也是最容易出现安全问题的设备之一。
为了提高蒸汽发生器的安全性和经济性，钠冷快堆技术发展较快的国家在传统方案的基础上提出了多种革新型方案。
本文对各种革新型方案进行了研究，论述了各方案的主要特点，总结了改进的主要方向和发展趋势，并给出了革新型蒸汽发生器需解决的关键技术。
本文的结果可为钠冷快堆未来革新型蒸汽发生器研究提供帮助和指导。
关键词钠冷快堆，革新型蒸汽发生器，研究综述Review of Innovative Steam Generator andKey Technology for Sodium Cooled FastReactorZhenxing ZhangNuclear Technology Support Center, State Administration of Science, Technology and Industry for NationalDefense, BeijingReceived: Mar. 7th, 2021; accepted: Mar. 29th, 2021; published: Apr. 9th, 2021AbstractSteam generator is the most key equipment in sodium cooled fast reactor, and it is also one of the most prone to safety problems. In order to improve the safety and economy of steam generator,张振兴many innovative steam generator schemes have been put forward on the basis of traditional schemes in the countries with fast development of sodium cooled fast reactor technology. In this paper, various innovative schemes are studied, the main characteristics of each scheme are dis-cussed, the main direction and development trend of improvement are summarized, and the key technologies to be solved in the research of new type steam generator are given. The results of this paper can provide help and guidance for the future research of new steam generator for sodium cooled fast reactor.KeywordsSodium Cooled Fast Reactor, Innovative Steam Generator, Research ReviewThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言钠冷快堆是第四代堆型中工程经验最丰富、最为接近商用的核电技术，蒸汽发生器是钠冷快堆电站中最为关键的设备，也是最容易出现安全问题的设备之一，由于蒸汽发生器结构复杂、服役条件恶劣，安全性和可靠性的问题一直未得到彻底解决。
钠冷快堆的金属燃料元件
钠冷快堆的金属燃料元件
盛兆琪
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】1988(0)4
【摘要】使用铀-钚-锆金属合金燃料的钠冷快堆具有良好的固有安全性。
采用小
堆组合的模块化设计使这类金属燃料快堆电站具有很好的固有安全性、经济性、增殖性并可实现燃料的现场后处理。
金属燃料的加工及后处理都采用高温冶金方法,
因而制造方便,造成的放射性废物量少。
金属型快堆燃料已重新受到世界上的重视。
【总页数】10页(P33-42)
【关键词】铀-钚-锆;金属燃料;钠冷快堆;固有安全性
【作者】盛兆琪
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TL3
【相关文献】
1.钠冷快堆棒状燃料堆芯子通道分析程序开发及验证 [J], 张松梅;张东辉
2.俄BN-800钠冷快堆1/3堆芯装填MOX燃料 [J], 伍浩松;赵宏
3.俄BN-800钠冷快堆2022年将实现全堆芯MOX燃料运行 [J], 伍浩松;戴定
4.加速器驱动钠冷金属燃料快堆次锕系核素嬗变特性研究 [J], 韩嵩;杨永伟
5.超功率下金属燃料钠冷快堆的动态仿真 [J], 王平;陈学俊;朱继洲
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钠冷快堆大口径钠闸阀的可靠性分析
- 87 -工 业 技 术１ 阀门可靠性分析的意义所谓“可靠性”是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
可靠性是构成阀门质量的因素之一，阀门的可靠性在航空、军工、核电等领域显得更为重要，其水平高低对系统的安全性能和维修成本的影响尤为突出。
从安全方面来看，很多核电事故的起因都是由某个小小的阀门故障，最终发展扩大，导致严重的后果。
从经济方面来看，核电阀门也对核电站的建造和运维成本影响重大。
所以，开展阀门的可靠性研究，分析阀门的故障类型和成因，计算并获得阀门的无故障工作概率，有助于整个核电系统安全性能的提高和成本节约。
２ 阀门设计阶段的可靠性评估在设计阶段对系统或设备进行可靠性评价一般采用故障树分析法，故障树分析法是以故障树作为模型对设备进行可靠性分析的一种方法，是设备安全分析方法中应用最广泛的一种自上而下逐层展开的图形演绎的分析方法。
在设备设计过程中，通过对可能造成设备失效的各种因素进行分析，画出逻辑图（故障树），从而确定设备失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，计算的设备失效概率，采取相应的纠正措施，以提高设备可靠性的一种设计分析方法。
３ 大口径钠闸阀的故障模式分析世界各国对阀门的故障模式和原因进行过广泛的研究，其中，美国西雅图的Milmanco 公司的研究成果最具代表性[1]，他们把阀门失效的模式和原因归结为以下5种。
３．１ 卡滞失效原因有3种。
1）由于应力蠕变造成的导杆/阀门体变形、阀杆弯曲变形、填料压得过多、过紧等物理原因，使阀杆活动受阻。
2）由于污染、腐蚀等化学原因造成阀门导杆与导向件之间摩擦力过大，使阀杆活动受阻。
３．２ 渗漏失效原因有3种。
1）密封接触面被腐蚀、磨损、有划痕或有污染物，造成不密合。
2）弹簧或紧固件发生蠕变，造成关闭力不足。
3）密封件未压紧或造成损伤，如划痕、老化变形及腐蚀变质等。
4）螺栓松紧程度不一，使阀体与阀盖压合不紧。
5）紧固件松动，造成密封接触面接触力不足。
中国第一座钠冷池式快中子增殖反应堆
中国第一座钠冷池式快中子增殖反应堆北京房山区中国原子能科学研究院内建设的中国第一座钠冷池式快中子增殖反应堆。
2009-08-02 18:18工程期限：1995年——2010年北京房山区中国原子能科学研究院内建设的中国第一座钠冷池式快中子增殖反应堆。
长久以来，核电一直被认为是人类在和平利用核能方面的伟大创举，目前全世界已有核电站400多座，占全世界发电总量的17％。
核电凭借其安全、高效、清洁的诸多特性，开始为越来越多的国家重视。
美国和欧洲许多国家经历了20世纪80年代初到90年代末的反核浪潮之后，又开始大力发展核电，可以预见在未来的20年内，世界范围内将掀起新一轮发展核电的热潮。
亚洲则以中国庞大的核电建设计划震撼世界，按照规划中国将在2020年前新建58座百万千瓦核电机组，这相当于目前日本核电机组的总数。
但是大规模的核电建设计划，对于日益枯竭的铀矿资源而言，是个矛盾日深的关系。
其关键症结在于目前国际上使用的压水堆核电站存在核燃料利用率低的问题，铀矿资源中只有占蕴藏量0.66%的铀－235能够在提纯处理后作为核电站燃料，而其余占天然铀99.2％以上的铀—238则只能做核废料处理。
预计到2030年，世界上易开采的低成本铀资源的80%都将被消耗掉。
而那时，正是我国核电事业大发展时期，核电站可能出现无米下锅的尴尬局面。
而快中子增殖反应堆则完全能够解决这一问题，它可以将带有放射性的铀—238从核废料变成核燃料，使铀矿资源利用率从1%提高到70%以上。
一举解决铀矿资源枯竭，核材料利用率低，和核废料难以处理等三大棘手问题。
因此开发快中子增殖反应堆，对于充分利用我国铀资源、持续稳定地发展核电、解决后续能源供应等问题具有重大的战略意义。
中国实验快堆工程中国实验快堆工程(CEFR)属于“863计划”国家重点实验性核反应堆工程，是我国第一座钠冷池式快中子反应堆。
工程选址位于北京房山区中国原子能科学研究院内，这一实验快堆由科技部、国防科工委及核工业集团公司出资兴建，总投资达13.88亿元人民币，中国原子能科学研究院负责建设管理和建成后的运行。
金属氢化物在小型钠冷快堆屏蔽设计中的应用
金属氢化物在小型钠冷快堆屏蔽设计中的应用王毅;张强;王事喜;杨勇;吴明宇【摘要】The ANISN code ,one‐dimensional discrete ordinates transport code , was used for the shield calculation to evaluate the shield capability of metal hydrides in the case of small sodium‐cooled fast reactor’ s energy spectra . The results indicate that LiH ,TiH2 and ZrH2 show superior shield capability .Mixing LiH with stainless steel , TiH2 with boron carbide and ZrH2 with boron carbide ,can improve the shield proper‐ties . T hese compound materials can be used for small sodium‐cooled fast reactor’s shield and significantly reduce the weight and volume of reactor system .%为评估金属氢化物（氢化锂、氢化钛和氢化锆）在小型钠冷快堆中的屏蔽性能，使用一维离散纵标法（A N IS N程序）模拟计算了屏蔽材料在小型钠冷快堆能谱下的屏蔽特性。
屏蔽计算结果表明：氢化锂、氢化钛和氢化锆具有很好的屏蔽性能；将氢化锂与不锈钢、氢化钛或氢化锆与碳化硼混合，可改善这些金属氢化物的屏蔽性能。
混合材料用于小型钠冷快堆的屏蔽，可显著减少反应堆系统的重量和体积。
【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2016(050)010【总页数】6页(P1817-1822)【关键词】金属氢化物;小型钠冷快堆;屏蔽【作者】王毅;张强;王事喜;杨勇;吴明宇【作者单位】中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部反应堆设计所，北京102413;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部反应堆设计所，北京102413;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部反应堆设计所，北京102413;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部反应堆设计所，北京102413;中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部反应堆设计所，北京102413【正文语种】中文【中图分类】TL328小型反应堆采用先进的模块化设计、建造技术，可在工厂内制造组装，具有建造周期短、换料时间长、用途广泛等优点，因此受到越来越多国家的关注。
钠冷快堆乏燃料贮存
钠冷快堆乏燃料贮存
1.原理与构造
所谓的钠冷快堆，其实是指利用液态金属钠作为冷却剂的快中子反应堆。
快中子反应堆可以有效的消耗和利用乏燃料，使得核能的利用率大幅度提高。
典型的钠冷快堆主要由堆芯、液态金属冷却剂、反应堆壳体与封闭壳体等四个部分构成，其中的堆芯由燃料组件与控制棒组成，用以维持和调整快中子链式反应。
2.燃料贮存问题
然而，由于钠冷快堆使用的燃料是乏燃料，这类燃料比常规的浓缩铀或钚-239更为活跃，其无害化并储存处理更为困难。
目前，国际上尚未有成熟的燃料储存处理技术能够有效处理乏燃料。
要解决乏燃料的储存问题，既要保证职工作业环境和公众环境的辐射安全，又要满足长期的储存要求。
3.建设的挑战
要建设钠冷快堆，技术挑战是巨大的。
首先，液态金属钠高温下易燃，要设计出安全有效的冷却系统是个难题。
其次，乏燃料的处理问题也是技术挑战。
目前，乏燃料的处理主要是封装、贮存和终端处置三个阶段，每个阶段都有各自的问题需要解决。
封装阶段需要研发出高强度、抗辐照的封装材料。
贮存阶段需要解决辐射屏蔽、冷却等问题。
终端处置阶段需要寻找合适的地质环境以确保安全埋藏。
4.发展前景
尽管钠冷快堆面临巨大的挑战，但其高效的能源利用和废物处理能力让人看到了此外，钠冷快堆还能够解决放射性废物的问题，通过堆内转化将已经失去能量的放射性燃料变为可以进行再生利用的新燃料。
因此，对于钠冷快堆的研究与开发，将对核能的可持续利用起到重要的推动作用。
钠冷快堆设计参数
钠冷快堆设计参数钠冷快堆是一种核能发电技术，它利用钠作为冷却剂来提供热量。
设计参数是决定钠冷快堆性能和安全性的关键因素。
本文将详细介绍钠冷快堆设计参数。
1. 反应堆功率：钠冷快堆的功率是设计参数中最重要的之一。
功率的大小直接影响到发电量和核燃料的消耗。
根据实际需求和经济考量，确定反应堆的功率水平。
2. 燃料组件：钠冷快堆的燃料组件包括燃料棒和燃料堆。
燃料棒是将核燃料封装在金属或陶瓷材料中，并通过冷却剂传递热量。
燃料堆是由多个燃料棒组成的结构，用于容纳和支撑燃料棒。
3. 冷却剂循环系统：钠冷快堆采用钠作为冷却剂，因此需要设计一个循环系统来循环钠。
冷却剂循环系统包括钠泵、热交换器和管道等组件，用于将热量从反应堆中传递到发电单元。
4. 温度控制系统：钠冷快堆的温度控制至关重要。
温度过高可能导致燃料棒熔化或其他安全问题，温度过低可能影响发电效率。
因此，需要设计一个有效的温度控制系统来确保反应堆的稳定运行。
5. 安全系统：钠冷快堆的安全性是设计参数中最重要的考虑因素之一。
需要设计一套完备的安全系统，包括核事故预防、事故响应和废物处理等方面。
这些系统应能够有效地预防和应对可能发生的事故。
6. 辐射防护：钠冷快堆产生的辐射是需要考虑的重要因素。
设计参数中应包含辐射防护措施，如屏蔽材料、辐射监测和辐射防护设备等。
这些措施可以减少辐射对人员和环境的影响。
7. 维护和保养：钠冷快堆的维护和保养是确保其长期稳定运行的关键。
设计参数中应考虑到设备的易维修性和可靠性，以便能够及时进行维护和保养工作。
8. 经济性：钠冷快堆的设计参数还应考虑到经济因素。
包括建设成本、燃料成本、运行成本和维护成本等。
需要在满足发电需求的同时，尽量降低成本。
总结起来，钠冷快堆的设计参数包括反应堆功率、燃料组件、冷却剂循环系统、温度控制系统、安全系统、辐射防护、维护和保养以及经济性等方面。
这些参数的选择和优化将直接影响到钠冷快堆的性能和安全性。
因此，在设计钠冷快堆时，需要综合考虑各种因素，并进行合理的参数设计。
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CEFR ✓ 电功率: 20MWe ✓ 初始设计:1990 ✓ 完成: 2010年
To be filled
CCFR 商用快堆 ✓ 电功率: 1000- 1500MWe ✓ 初始设计: 2020年 ✓ 完成: 2030-2032年
2005.08 堆本体安装开始
2010.07.21 reach to critical
2006.06 主容器检验试验完成
2007.06 完成堆内构件安装
2008.03 旋塞安装就位
* 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
CEFR 主要设计参数
泳池式反应堆 336.6吨核级钠 热功率: 65MW 电功率: 20MW 反应堆寿命: 30年
控制棒组件 8
不锈钢屏蔽组件: 332
感谢上海第一机床厂提供照片
CEFR 堆芯布置
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
堆芯组件材料 ➢ 燃料:
- 氧化物燃料 (MOX) - 金属燃料 (U-Pu-Zr) ➢ 燃料组件 - 包壳: ChS-68 - 外套管: эп-450
(all Russian steels)
二回路
中国实验快堆主要参数
CEFR 主要设计参数
堆本体 高度: 45.0cm 直径: 60.0cm 燃料/首炉燃料: (Pu,U)O2/UO2 Pห้องสมุดไป่ตู้（总量）: 150.3kg Pu-239: 97.7kg U-235(enrichment):
42.6kg (19.6%)/236.7kg (64.4%) 最大线功率: 430w/cm 中子通量: 3.7x1015 n/cm2.s (max.)
CDFR 示范快堆 ✓ 电功率: 600- 900MWe ✓ 初始设计: 2007年 ✓ 完成: 2020年
中国快堆发展现状
CEFR 大事记
2002.08
2000.05 浇灌第一罐混凝土
Ceolefbtrhaetiroenacftoorrsbeualiilndg核in-tg岛o2p0厂02房.0封8 顶
Curtsy to Mr. Pan Ziqiang
前言
核电在中国能源供给中的地位
2007年电能中各种电力供给形式所占的比例
2015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.2, p.98-113, 2008
核电材料应用技术国际研讨会
三亚, 2011年2月21日-25日
钠冷快堆中的结构材料
龙 斌 韩丽萍 张金权 付晓刚 秦博 苏喜平 周培德 张东辉
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
China Institute of Atomic Energy, 102413, Beijing, China
《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［2007］ 243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。
эп-450
08X16H11 M3
08X16H11 M3
08X16H11 M3
08X16H11 M3
316Ti
360-560 360-550
6.6x1015 ≤3.2x1015
360-548
≤3.2x1015
360-554
≤3.2x1015
360-530
3.2x1015
600 （max） 3.2x1015
硼屏蔽组件
316Ti
316Ti
550 (max) 3.8x1015
中国实验快堆主要材料
前言
为什么要发展快堆?
✓ 铀资源的贫乏, 不足以支承大量 NPPs 的运行 PWR: 1% 利用率 (U235丰度:0.71%) SFR: 60-70%利用率(能将U238转化成易裂变Pu239)
✓ 降低錒系元素和长寿命裂变产物(核废料)的地质埋填
中国快堆发展现状
快堆发展战略
中国实验快堆CEFR顺利临界
Generation IV
创新型堆
✓ 秦山I期 1985
✓ 秦山II期 ✓ 秦山III期 ✓ 大亚湾电站 ✓ 岭奥电站 ✓ 田湾电站
✓ AP-1000 ✓ CAP-1000
✓ CEFR ✓ CDFR ✓ CCFR SCWR
前言
压水堆电站在中国的成功
正在运行的: 4 plants, 11 units, about 8.6GWe 正在建设的: 19 units with ～20GWe 计划在建设的: 7 units with ～7GWe
上端塞 压紧弹簧 上轴向 转换区 包壳 燃料区
下轴向 转换区 金属绕丝
下端塞
燃料组件
操作头
外套管
堆芯支撑 钠入口
13
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
燃料组件
安全棒
控制棒组件
调节棒 补偿棒
中子源组件
不锈钢屏蔽组件
材料
包壳
外套管
温度 （oC）
中子通量 （n/cm2s）
ЧC-68 ЧC-68 ЧC-68 ЧC-68 ЧC-68 316Ti
前言
创新型核能系统-GIV 第四代反应堆
铅冷快中子反应堆 (LFR)
超临界水堆 (SCWR)
气冷快中子反应堆 (GFR)
钠冷快中子反应堆 (SFR)
超高温堆 (VHTR)
熔盐金属反应堆 (MSR)
Generation I
原型堆
前言
Generation II
商用堆
Generation III
先进型堆
平均中子通量: 1.76x1015 n/cm2.s 目标燃耗: 100,000MWd/t 堆芯入口钠温: 360oC 堆芯出口钠温: 530oC 主容器尺寸(O): 8.010m
中国实验快堆主要材料
堆芯组件材料 结构材料
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
燃料组件