铅冷快堆(LFR)
发布时间:2021-08-12      来源:中国核能行业协会先进核能系统专业委员会       分享:

LFR


LFR具有快中子能谱和封闭的燃料循环,可有效转化增殖铀。它也可以用作自生成的和从轻水堆(LWR)乏燃料中回收的次锕系元素的燃烧器,以及作为钍基燃料的燃烧器/增殖器。LFR的一个重要特征是由于选择了相对惰性的冷却剂而提高了安全性。

GIF选出的铅冷系统包括三个参照方案。所考虑的选项包括:一个用于中央站点发电的额定容量为600 MWe的大型系统(ELFR,欧盟),一个中等大小的系统(BREST 300,俄罗斯);以及10-100 MWe大小的小型可运输系统(SSTAR,美国),后者的特点是堆芯寿命很长。每个LFR参考系统的预期二次循环效率为42%或更高。这三个GIF LFR参照方案涵盖了所有功率范围。因此,它有潜力满足广泛的电力需求:来自偏远或孤立的站点,或者作为大型互联电站。不同的LFR系统之间存在重要的协同作用,因此,协调参与国所做的努力是LFR发展的关键。LFR.1总结了GIF LFR系统的典型设计参数。

LFR.1  GIF-LFR概念的关键设计参数

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研发目标
 

LFR《系统研究计划(SRP)》基于使用液态铅作为参考冷却剂和铅铋作为备用选项。考虑到燃料、材料和腐蚀控制的研发需求,LFR系统预计需要两步进行工业部署:到2025年,示范堆在相对较低的一次冷却剂温度和低功率密度下运行;然后在2040年前建成高性能反应堆。2012年改组GIF铅冷快堆临时指导委员会(GIF-LFR-pSSC)后,对SRP进行了全面修订,并正在编制更新版的最终草案。编制《系统研究计划》所采取的方法是考虑每个成员实体的研究优先事项,并提出一个协调的研究方案,以实现每个成员的目标,同时避免不必要的重复工作。

委员会注意到,在这三个系统推进方案的研究和设计方面存在许多潜在的共同之处。该计划建议沿着平行路径进行协调研究,最终形成一个(或多个)试点设施,以满足参考概念的研发需求。SRP中确定并描述了所需的研究活动。可在四个主要领域组织协调工作并作为正式的项目:系统综合与评价(SIA);先进技术和材料;系统和部件设计以及燃料开发。

系统综合与评价(SIA)项目:考虑到进度和成本,SIA项目的最终目标是确保LFR系统的可行性满足GIF目标。LFR SIA活动将通过一个迭代过程进行,旨在确保研发项目,无论是单独的还是联合的,都能很好地满足GIF的安全性、经济性、可持续性、抗扩散性和实物保护标准。

系统与部件设计项目:系统设计活动包括中心电站和小型核电厂的初步设计、原型和示范电厂的设计,以及包括安全方式、部件开发、核电站配套设施等跨领域活动的协调。

燃料开发项目:LFR燃料开发项目是一个持续的长期过程,包括旨在满足越来越多的要求的各种任务。其研究包括堆芯材料开发、燃料制造、燃料辐照和燃料鉴定试验。与并行的SFR燃料开发存在强大的协同效应。

短期内,一个基本目标是确认至少存在一些技术解决方案,能够在较早时间内提供适合示范反应堆系统的燃料。这种演示反应堆用燃料(fuel for the Demo的里程碑成就将为LFR安全且有竞争力的电力生产的可行性提供保证。

中期内,有必要确认在代表特定平衡燃料循环的水平上使用先进的含锕系元素的先进燃料的可能性,以确保最大限度地减少长寿命核废物和燃料循环闭合。因此,第二个目标是确认与目前液态金属冷却反应堆相比,实现更高燃料燃耗的可能性。

从长远来看,重要的是确认先进次锕系元素燃料的工业应用潜力,以及使用耐高温燃料的可能性,以利用铅(沸腾裕度)的优势,提高核电站的发电效率,并提供高温产热。这项先进高温燃料里程碑式的成就将展示LFR技术的可持续性和多种用途的能力。

先进技术和材料项目:近期内,必须最大限度地利用现有材料,从而限制仅在其新环境中的材料鉴定活动。为了确定反应堆的可行性,必须提供一种技术上可行的结构材料,能够承受LFR相当腐蚀/侵蚀的运行条件。从中长期来看,铅的高沸点有利于反应堆的高温运行,使LFR向更高的效率循环和制氢方向发展。那些使命要求开发既可用于机械部件又可用于燃料包壳的新材料,或能保护现有材料(涂层)的工业生产工艺。这些材料开发耗费时间,将根据投资和技术成果灵活安排进行。特别的是,要研制出一种耐高中子剂量(提高燃料燃耗)和高温(提高冷却剂温度和功率密度)的燃料包壳。

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