稳定盐反应堆

稳定盐反应堆（SSR）是一个由英国Moltex能源有限公司所提出设计的核子反应堆。它代表着在熔盐反应堆技术上的一种突破，并且有让核能发电变得更安全且更便宜的潜力。

根据Moltex能源公司研究显示，熔盐燃料反应堆是唯一从根本上针对安全性进行改进的设计。这些反应堆不需要昂贵的围阻结构来让核反应保持稳定。在切尔诺贝利事件的两种最麻烦的副产物——气态的铯-137与碘-131，对于土地和人体会产生危害。这种危害存在于任何水冷式反应堆，然而在熔盐反应堆中，这些有害物质并非以气体的形式存在，它们被固定于非挥发性的熔盐中，这些熔盐在大多数意外发生的情况下是无法离开发电厂的。

Moltex能源公司使用计算流体力学验证一个稳定燃料概念的可行性。固体的燃料棒由熔盐燃料所取代，在组装上非常类似于现今的轻水反应堆技术。其结果是一个简单、低成本的反应堆，使用现今核能技术的元件，但是拥有所有熔盐反应堆在安全上的优势。

稳定盐技术[编辑]

稳定盐反应堆心的基本单元是燃料组件。每个组件包含了400根燃料管，每根燃料管直径为10毫米，长1.6米，其中有一条1毫米的螺旋导线包覆，并用燃料盐加以填充。燃料管顶端具有一个潜水钟式出气口让和裂变产生的气体得以排出。

特别的是这个反应堆是长方体。这样的设计在中子扩散问题上效率较圆柱状炉心的设计还要来得差，但是对于燃料组件的移动上较为简单，而且反应堆心的扩增也较为方便，只要添加额外的模组即可。

组件的移动透过横向运输的方式穿越炉心，新组件由其中一端移入，旧的则由另外一端移出，类似于坎杜反应堆的燃料替换方式。组件只有在被移动到旁边时需要稍微被抬起，整个过程都在冷却剂中进行。

模组化建造[编辑]

反应堆核心由模组组合而成，每个核心的热输出功率为375百万瓦，装有10排每排10支的燃料组件、上下支撑网、热交换器、泵、控制组件和仪器。两个以上的模组并排组装于一个长方形的反应槽。一个1200百万瓦的反应堆甚至可能装在一辆卡车上，使得这项技术所设计的反应堆比当今其他的反应堆还要小得多。

每个模组(不包含燃料组件)在经过测试、组装完成以后被递送到施工地点，并且都可以透过公路运送。在电厂工程完成后模组可以被安装在不锈钢槽中进行试运行。

反应堆的顶部由一个装填有氩气的圆顶容器组成，结合了两个起重机装置，一个低负载起重机负责炉心内燃料组件的移动，一个高负重装置用来将燃料组件移入与移出冷却池，必要时也可以移动整块模组。所有反应堆维护都由远端操控进行。

安全[编辑]

稳定盐反应堆的安全设计特点在于其第一道防线上的安全措施。反应堆的安全与维稳过程中皆不需要操作员或者主动系统的介入。以下是关于SSR的主要内建安全特点：

反应控制[编辑]

安全部门改革是自我控制和没有机械控制是必需的。有零余的反应可在任何时间；即率裂变产生热量相匹配的速率加热，正在拆除。这是通过组合的一个高负温度系数的反应性和能力不断提取热量燃料管。作为热带出系统的温度下降，造成反应性的上涨。当反应器加热的反应下降，使其稳定在所有的时间。

挥发性来源[编辑]

使用熔盐燃料用适当的化学消除了有害的挥发性碘和铯源的条件，让多层次遏制不必要在防止空气中的放射性羽流在发生严重事故的情况。本崇高的气体氙气和氪将离开反应器核心在正常操作的，但是被困住，直到他们放射性同位素的衰变，因此将非常小，可能释放的事故。

无高压[编辑]

反应堆内的高压是导致放射性物质从水冷式反应堆中扩散的原因之一。熔盐燃料和冷却剂的沸点远高于SSR的运作温度，因此其核心可在大气压力下运作。将会产生蒸气的系统与放射性炉心，用加入第二层循环冷却剂的方式来进行物理上的阻隔，消除了反应堆的热源驱动。燃料管中的高压则透过排气口将裂变气体排至冷凝熔盐之中。

化学反应[编辑]

压水反应堆（PWRs）中的锆与快速反应堆中的钠都有造成爆炸或火灾的潜在风险。SSR中完全没有这种容易产生剧烈化学反应的物质。

衰变热的移除[编辑]

在核能反应堆关闭之后，其运作时产生的能量有高达7%依然会持续产生，其来源是一些短半衰期的裂变产物。在一般反应堆中，要想消除这些衰变热是相当具有挑战性的，因为它们的温度相当低。SSR的运作温度较高，所以这些余热可以相当快的从炉心中移出。假如反应堆被关闭，或者所有主动降温系统失灵，反应槽周围的冷却气孔依然可以持续将炉心的衰变热扩散出去。主要的热传递机制是靠辐射传递。热传递效率会随着温度升高而提升，所以在正常运作下可以忽略，然而即便温度意外升高，这样的设计也足以把衰变热移除。主要的热量传输机构被辐射的。反应堆元件不会在这个过程中造成损坏，并且核电厂也可以在事件过后重新启动。

燃料和材料[编辑]

该燃料是由两个分之二氯化钠（表盐）和三分之一的钚的混合镧/锕系 trichlorides的。燃料初始的六个反应堆预期将来自股票纯二氧化钚从普雷克斯流重新处理传统的用过的核燃料、混合纯粹的贫化铀三氯化了。进一步的燃料可能来自再处理核废料，从今天的车队的反应堆。

被一个氯化，更多的热力学稳定比相应的氟化盐，因此可以保持在一个强烈减少国家通过接触的牺牲核级锆金属加入作为涂层，或插入内，燃料管。其结果是，燃料管可以从标准的核证的钢没有腐蚀风险。由于该反应堆的运作的快速光谱，管子将暴露于很高中子通量，并受到高损害(dpa)的水平，估计在100-200 和平协议在管的生活。高中子受损宽容的钢如PE16因此将被用于管。评估也是正在进行的其他钢快速中子数据如HT9,NF616和15-15Ti的。

平均功率密度在燃料盐150 千瓦/l，它允许一个非常慷慨的保证金用于盐的温度低于其沸点。峰值功率双这个级别对于大量的时间不会超出安全的工作条件下的燃料管。

冷却剂[编辑]

冷却液盐在反应罐是钠氟化锆的混合物。锆是不核级和中仍然包含-2%的铪的。这已影响最小核反应性的，但冷却盐的低成本和高度有效的中子屏蔽。一米的冷却液降低了中子通量由四个数量级。所有部件的安全部门改革是保护这个冷却剂的盾牌。

冷却剂也包含1 ％摩尔锆金属(溶解的形成2 ％摩尔ZrF₂). 这减少了其潜在的氧化还原到一个水平，使其几乎无腐蚀性标准的钢。在反应罐、支持结构和热交换器，因此可以构成离标准 316L型不锈钢中。

冷却液盐分发，通过反应堆堆芯中通过四个泵连接到的热交换器，在每个模块。流率是适度的，大约1 m/s得低要求泵的电力。没有冗余，以继续运行，在该事件的一个泵故障。

核废问题的一种解方[编辑]

大多数国家使用核动力选择储存废核燃料的地下深处，直到其放射性已减少的水平类似于天然铀。作为一个wasteburner，安全部门改革提供了一种不同的方式来管理这种废物。

在运作的快速光谱，安全部门改革是有效地转变长期锕系元素进入更加稳定同位素。今天的反应堆燃料的再加工的乏燃料需要很高纯度的钚，以形成一个稳定的颗粒。安全部门改革可以有任何级别的镧和锕污染物在它的燃料，只要它仍然可以去至关重要的。这种低水平的纯度极大地简化了的后处理方法对于现有的废物。

所使用的方法是基于高温冶金处理以及理解。一个2016年的报告通过加拿大国家实验室在处理的坎杜燃料的估计高温冶金处理将有大约一半的成本的多个传统的再处理。高温冶金处理的安全部门改革采用的只有三分之一的步骤的常规高温冶金处理，这将使它更便宜。这是潜在竞争力的成本制造新鲜燃料从开采的铀。

废物流从安全部门改革将是在固体盐的形式在管。这可能是玻璃化和地下储存于超过100,000年的计划，今天，或者它可以是重新处理。在这种情况下，裂变产物会被分离出来并安全地存放在地面，为几百年来根据需要为它们腐烂的水平类似于铀矿石。麻烦的长期锕系元素和剩余的燃料将回到反应堆在那里他们被烧毁并且转变成更稳定同位素。

其他稳定盐反应堆的设计[编辑]

稳定的盐反应堆技术具有高度的灵活性和可适应的几个不同的反应堆设计。采用熔盐燃料标准的燃料组件允许稳定的盐版本的许多大型的各种核反应堆被认为是对全世界的发展的。在今天的重点，但是允许迅速发展和部署低成本反应堆。

Moltex能是侧重于部署的快速光谱SSR-Wasteburner上所讨论的。这一决定是主要的驱动下的技术挑战，并降低预测成本的这一反应器。

在较长时期内的根本性突破的熔盐燃料管开辟其他的选择。这些已经发展到一个概念水平，以确认其可行性。它们包括：

铀燃烧器(SSR-U) 这是一个热光谱的反应堆燃烧低浓缩铀可能更适合于联合国没有一个现有的核舰队和问题有关的废物。它是缓与石墨的部分作为燃料组件。
钍饲养员(SSR-Th) 这种反应包含的钍在冷却盐这能滋生新的燃料。钍是一种丰富的燃料来源，可以提供能源安全国没有土着铀的储备。

与此范围内的反应器的选择，并对大型全球储备的铀和钍的提供，稳定的盐反应器燃料的地球几千年。

经济面[编辑]

紧迫性的气候危机是推动核工业，以开发更廉价的技术，从而可以实现大规模部署。

在过夜的资本成本的稳定-盐反应是根据一个独立的费用估计数通过英国领先的核工程公司。结果是美元1950/kW。为了便于比较，资本成本的一个现代化的粉碎煤炭发电站在美国的美元3250/kW和成本的大规模核$5500/kW。进一步削减这过夜的费用预计为模块化的、基于工厂的建设。

这种低资本成本的结果在成本是电力成本 (称)的美元44.64/兆瓦·h具有巨大的潜力可以而降低，因为更简单和固有的安全的苏维埃社会主义共和国。

该国际能源机构预测，核将保持恒定的小的作用，在全球能源供应的市场机会的219 GWe至2040的。与改善经济的苏维埃社会主义共和国，Moltex能源预测，它有可能访问的一个市场超过1300 GWe到2040年的。

未来展望[编辑]

2014年有一专利授予，在设计已经成熟和安全的情况下，正在顺利与核管制当局开始正式讨论。

外部链接[编辑]

Stable Salt Reactor Technology Introduction （页面存档备份，存于互联网档案馆），YouTube影片
Moltex Energy SSR Fly Through （页面存档备份，存于互联网档案馆），YouTube影片
[1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Modular Stable Salt Reactors - a simpler way to use molten salt fuel - Ian Scott Moltex Energy
[2] （页面存档备份，存于互联网档案馆）, How New Nuclear Could Lift Renewables at a Third of Hinkley Cost

参考文献[编辑]

Moltex Energy sees UK, Canada SMR licensing as springboard to Asia. Nuclear Energy Insider. June 28, 2016 [2017-01-25]. （原始内容存档于2020-02-18）.