CN103620692A - 具有在发生事故时注射纳米颗粒的装置的核反应器 - Google Patents

具有在发生事故时注射纳米颗粒的装置的核反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN103620692A
CN103620692A CN201280022606.4A CN201280022606A CN103620692A CN 103620692 A CN103620692 A CN 103620692A CN 201280022606 A CN201280022606 A CN 201280022606A CN 103620692 A CN103620692 A CN 103620692A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano particle
reactor
aggregate
core
nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201280022606.4A
Other languages
English (en)
Inventor
迈赫迪·穆萨维
米奇卡尔·吉瓦多
马里赖斯·卡龙-夏尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva SA
Original Assignee
Areva SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Areva SA filed Critical Areva SA
Publication of CN103620692A publication Critical patent/CN103620692A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • G21C15/182—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat comprising powered means, e.g. pumps
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/902—Specified use of nanostructure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

核反应器包括：具有核燃料组件的核芯；冷却剂在其中循环的核芯冷却回路；以及被设计用来向冷却剂中注射纳米颗粒的装置。所述纳米颗粒包含具有小于2的第一形状因子的第一类型的第一纳米颗粒(82)以及不同于第一类型且具有大于2的第二形状因子的第二类型的第二纳米颗粒(84)，所述纳米颗粒包含10wt％至90wt％的第一纳米颗粒(82)以及90wt％至10wt％的第二纳米颗粒(84)。

Description

具有在发生事故时注射纳米颗粒的装置的核反应器
本发明涉及核反应器，尤其涉及在发生LOCA(冷却剂损失事故)类型的事故时，在这类反应器中的热消散。
更具体地，本发明涉及下列类型的核反应器，包含：
-具有核燃料组件的核芯；
-用于冷却所述核芯的回路，在该回路中循环流体冷却剂；
-用于将纳米颗粒注射如所述流体冷却剂的装置。
这类核反应器已在US2008／0212733中进行了描述。在核反应器中的LOCA类型的事故典型地对应于在冷却核芯的回路中发生的泄露，从而导致主流体冷却剂的一部分流出冷却回路，并且被收集在反应器腔的底部。结果是，核燃料组件不再以恰当的方式被冷却，并且反应器的核芯内的温度升高。这种温度升高可能导致核芯熔化。在PWR和BWR类型的反应器中，例如LOCA类型的事故对应于将反应器容器连接至蒸汽发生器或涡轮机的主蒸汽管线的事故。
为了增加冷却回路中的热交换，上述US文献在LOCA情形下向主流体冷却剂中注射纳米颗粒。当一检测到液体冷却剂的损失，就实现这种注射。
为了有效地增加用于冷却核芯的回路中的热交换，纳米颗粒必须被分散在液体冷却剂中并且保持在不沉淀的悬浮状态。
在本文中，本发明的目标是提出一种核反应器，其中注射纳米颗粒可以使得在LOCA类型的事故发生时，用于冷却核芯的回路中的热交换以有效和长久的方式增加。
为此目的，本发明涉及前述类型的核反应器，其特征在于：纳米颗粒包含具有小于2的第一形状因子的第一类型的第一纳米颗粒、以及具有大于2的第二形状因子且不同于第一类型的第二类型的第二纳米颗粒，所述纳米颗粒包含10wt％至90wt％的第一纳米颗粒以及90wt％至10wt％的第二纳米颗粒。
第一纳米颗粒具有较小的形状因子、经受热冲击更强并且较少沉淀，因为他们具有更强的均匀分布的表面电荷。第二纳米颗粒具有较大的形状因子，在溶液中具有更强的导热能力，但是沉淀更迅速。令人惊奇地，使用两种类型的纳米颗粒的混合物使得从两种类型纳米颗粒的优点中获益成为了可能。包含第一和第二纳米颗粒的混合物的流体冷却剂具有优异的导热能力。纳米颗粒实际上不沉淀，并且来自流体冷却剂的循环而导致的湍流足以将它们维持在悬浮液中。
核反应器是PWR类型的反应器、或BWR类型的反应器、或者通过热传输液体的循环冷却核芯的任何其它反应器。该流体冷却剂典型地是水，但可以是其它的热传递液体。
纳米颗粒典型地为金属氧化物或金刚石的纳米粉末。
这类纳米颗粒例如描述在Kim等人的文章《Surface wettability changeduring pool boiling of nanofluids and its effect on critical heat flux》中，出版于International Journal ofHeat and Mass Transfer，50(2007)40105-40116；或者进一步在Buongiomo等人的文章《A feasibility assessment ofthe use ofnanofluidsto enhance the vessel retention capability in light water reactors》中，出版于Nuclear Engineering and Design239(2009)941-948，或者进一步在Kim等人的文章《Effects of nanoparticles deposition on surface wettability influencing boilingboiling heat transfer in nanofluids》中，出版于Applied Physics Letters89，153107(2006)。
第一纳米颗粒的材料与形成第二纳米颗粒的材料相同。或者第一纳米颗粒和第二纳米颗粒的材料彼此不相同。
优选地，第一纳米颗粒为无机氧化物，典型地选自Al2O3、ZnO、CeO2、或Fe2O3。第二纳米颗粒同样为无机氧化物，典型地选自Al2O3、ZnO、CeO2、或Fe2O3。
第一纳米颗粒具有小于2，优选介于1和1.5之间，更优选介于1和1.2之间的形状因子。此处使用的形状因子表示纳米颗粒的长度与其宽度之间的比。长度对应于纳米颗粒的最大维度，该维度沿着颗粒的纵向的平行方向。宽度对应于纳米颗粒的最小维度，沿着与颗粒的纵向垂直的平面内。
因而，对于球形，形状因子严格地等于1。优选第一纳米颗粒为球形或准球形。
典型地，至少50％的第一纳米颗粒，优选至少75％的第一纳米颗粒，以及更优选至少90％的第一纳米颗粒具有介于1和1.5之间的形状因子。
第二纳米颗粒具有大于2的第二形状因子。形状因子的定义如前所述。
优选地，第二纳米颗粒具有介于2和5之间，更优选介于2和3之间的形状因子。例如，第二纳米颗粒看起来像棒，每根棒具有沿着纵向的细长的形状。
典型地，至少一半的第二纳米颗粒，优选至少75％的第二纳米颗粒，以及更优选至少90％的第二纳米颗粒具有介于2和5之间的形状因子。
用来被注射入流体冷却剂中的纳米颗粒包含10wt％至90wt％的第一纳米颗粒，优选30wt％至70wt％的第一纳米颗粒，以及更优选40wt％至60wt％的第一纳米颗粒。反过来，纳米颗粒包含90wt％至10wt％的第二纳米颗粒，优选70wt％至30wt％的第二纳米颗粒，以及更优选60wt％至40wt％的第二纳米颗粒。例如，所述纳米颗粒包括50wt％的第一纳米颗粒和50wt％的第二纳米颗粒。
典型地，所述纳米颗粒仅包含第一纳米颗粒和第二纳米颗粒，而不包含另一种类型的纳米颗粒。
在随后描述的彼此团聚之前，大多数纳米颗粒具有介于50纳米和250纳米之间的尺寸。优选地，至少75％的纳米颗粒，以及更优选90％的纳米颗粒具有介于50和250纳米之间的尺寸。
优选地，大多数纳米颗粒具有介于75和150纳米之间，以及更优选包含介于90和110纳米之间的尺寸。
此处纳米颗粒的尺寸表示所述纳米颗粒的最大维度。
在注射之前，所述纳米颗粒看起来为团聚体，每个团聚体均包含第一纳米颗粒和第二纳米颗粒。因而，每个团聚体是包括多个第一纳米颗粒和多个第二纳米颗粒的组装体，彼此相互依存的。每个团聚体因而是小尺寸的庞大组装体。在纳米颗粒注射进流体冷却剂之后，团聚体分散并形成悬浮液。团聚体在流体冷却剂内保持为单一形式，构成每个团聚体的纳米颗粒保持为正常的彼此相互依存状态。另一方面，在流体冷却剂中循环一定时间后，团聚体在冲击效应作用下可能破碎。
大多数团聚体具有介于150纳米和400纳米之间的尺寸。优选地，至少75％的团聚体，以及更优选90％的团聚体具有介于150和400纳米之间的尺寸。优选地，大多数团聚体具有介于200和300纳米之间，以及更优选介于200和250纳米之间的尺寸。
团聚体具有大致的“之”字形状，例如在图4和图7中所述的那样。这表示团聚体具有大致的折线形状。换句话说，团聚体具有包括各自具有彼此不同的倾斜的几个部分的大致形状。各部分是彼此相互依存的。
大致的“之”字形，团聚体的尺寸和结构是不同的因素，均对纳米颗粒一旦分散在流体冷却剂中所追求性质的获得具有贡献。团聚体是自分散的，即为了形成均一的悬浮液，它们实际上立即与液体冷却剂混合。团聚体仅仅缓慢沉淀。流体冷却剂在冷却回路中的循环，甚至在LOCA情形下，足以维持近似全部(quasi-totality)的团聚体处在悬浮状态。最后，当团聚体分散于流体冷却剂后，冷却回路中的热消散增加非常显著。这表示通过核燃料组件释放的热能更好地转移到流体冷却剂中，组件因为被维持在较低温度下。同样，流体冷却剂更容易产生其热能，并且被维持在中等温度下。包括水和30％质量份团聚体的流体冷却剂的导热能力比纯水的导热能力高出约10至25％。
优选地，纳米颗粒通过包含10-50％，20-40％，以及例如具有30％数值的质量滴定计注射进流体冷却剂中。
根据本发明的另一个方面，纳米颗粒在注射前以固体形式贮存。在事故发生时，它们同样以固体形式注射进液体冷却剂中。因而，用来注射纳米颗粒的装置包含以固体形式的所述纳米颗粒的贮存器、以及用于将来源于所述贮存器的以固体形式纳米颗粒注射入主流体中的元件。注射纳米颗粒的元件例如包含测量待注射纳米颗粒含量的元件以及驱使纳米颗粒从测量元件直到进入冷却回路的装置。驱使纳米颗粒例如是伴随着压缩中性气体的装置。
在LOCA类型事故的范围内，已经在上文描述了本发明，在这种情况下，纳米颗粒被注射进反应器的核芯内直接循环的流体中。然而，当其它类型的事故发生时，同样可以被注射纳米颗粒，所述其它类型的事故为限制或阻止反应器的核芯的冷却：连接蒸气发生器和涡轮机的PWR或其它类型的反应器的二级冷却回路管道的事故；二级冷却回路的泄漏；蒸汽发生器的一个或几个管道的事故；控制棒的堵塞等等。换句话说，本发明可以用在需要增加将从核燃料组件释放出的热能排出核芯外的效率的所有情形。
所述纳米颗粒优选注射入在反应器的核芯内循环的所谓主流体冷却剂中。然而，可能提供适合注射入反应器的主冷却回路和／或二级冷却回路、和／或任选的三级冷却回路的装置。二级和三级回路是用于冷却核芯的回路，因为它们对排出核芯内释放的热作出贡献。
参考附图且由下面给出的详细描述部分来看，本发明的其它特点和优势将变得显而易见，这些详细描述作为启示并且决不作为限制，其中：
-图1是根据本发明的核反应器的简化图示；
-图2是不同类型的第一纳米颗粒的图示；
-图3是不同类型的第二纳米颗粒的简化图示；
-图4是纳米颗粒团聚体的简化图示；以及
-图5至7表示制备纳米颗粒团聚体方法的连续性步骤。
图1所示的反应器1是PWR类型的反应器，反应器1包括容器10，其中放置了形成反应器的核芯的核燃料组件、流体冷却剂在其中循环的用于冷却反应器的核芯的回路20、插入在冷却回路20中的蒸汽发生器30、用于循环液体冷却剂的泵40、同样插入在冷却回路中的自身、以及用来将纳米颗粒注射入流体冷却剂中的装置50。
蒸汽发生器30包括在其中循环用来冷却核芯的流体的主侧、以及在其中循环第二热转移流体的第二侧。用于冷却核芯的流体产生其热量，转移给穿过蒸汽发生器30的第二流体。
循环泵40放置在根据流体冷却剂循环方向的蒸汽发生器30的下游。冷却回路20包括连接容器流出流体冷却剂12的出口和蒸汽发生器的流体冷却剂入口32的热分支22、连接蒸汽发生器的流体冷却剂出口34和主泵40的吸入口的中间分支24、以及连接主泵40的排出口和容器的主液体入口14的冷却分支26。冷却回路20进一步包括一个或多个增压器70。
用来注射纳米颗粒的装置50包括以固体形式的所述纳米颗粒的贮存器52以及将来源于贮存器的以固体形式纳米颗粒注射入液体冷却剂的元件54。贮存器52可以是任意类型。它可以包括纳米颗粒贮存在其中的惰性气体的加压罐、储料器等。纳米颗粒在贮存器52中为团聚体的形式。
注射元件54典型地包括测量待注射的纳米颗粒量的元件56、驱使纳米颗粒从测量元件56直到进入冷却回路的装置57、以及用来连接测量元件56和冷却回路20的一条或几条输送纳米颗粒的管线58。
测量元件56具有与贮存器52连通的入口。阻隔元件插入在贮存器52与测量元件56的入口之间，选择性地给出或者使测量元件56和贮存器52处于连通状态或隔离状态的可能性。测量元件可以是任意合适类型。测量元件56例如可以是装载在称重传感器上用来测定所装入容器中纳米颗粒质量的容器。
驱使纳米颗粒从测量元件56直到进入主回路的装置57例如包括高压惰性气体供应装置，连接到测量元件56的气体入口。阀门或任意其它装置允许选择性地引发或切断测量元件56中的高压气体供应。输送管线58连接测量元件56的出口和冷却回路20的一个或几个开孔59。安置在送管线58上的阀门给出了选择性地将测量元件56和冷却回路20处于连接状态或隔离状态的可能性。
为了使在流体冷却剂中纳米颗粒分散尽可能地快并且尽可能地有效，开孔59位于冷却回路的选定点上。例如，开孔59之一紧挨着置于容器出口12的下游。另一个开孔59可以设置在冷却分支26上，紧挨着容器入口14的上游。另一个开孔59可以设置在冷却分支26上，距离循环泵40一定距离并且距离容器10一段距离。
未显示出由电脑驱动的装置50。
为了实现将纳米颗粒注射进冷却回路中，电脑首先控制纳米颗粒从贮存器52直到进入测量元件56的传输，然后使测量元件56与贮存器52隔离。随后通过装置57引发测量元件56的惰性气体供应，以及纳米颗粒通过管线58从测量元件56中传输直到进入主回路20的传输。通过装置57提供的惰性气体的压强比主回路中的液体冷却剂的压强更大。
如图2所示，第一纳米颗粒是球形(实施例a)或准球形(实施例b)。当它们是准球形时，它们可以具有卵圆形。第一纳米颗粒可以进一步具有不规则的形状，如图2的实施例c中所示的。
如图3显示，第二纳米颗粒具有在沿着纵向的细长棒形状。在实施例a中，该棒在垂直于纵向上具有实质上不变的横截面。例如，该截面是圆的或方的或是任意其它形状。在图3的实施例b中，该棒在垂直于纵向的平面内可以具有不规则的横截面。
如图4所示，每个团聚体包括多个第一纳米颗粒82和多个第二纳米颗粒84，彼此互相依存。团聚体具有大致的之字形。这意味着纳米颗粒排列形成几个分支，根据彼此不同的取向而进行取向。分支彼此相互连接。每个分支包含第一纳米颗粒和／或第二纳米颗粒。所述分支是彼此不同的。
不同的分支参见图4中的86。
图5-7表示适合于制备由第一和第二纳米颗粒的团聚体的第一方法的各步骤。在第一步骤中，如图5所示，聚乙烯醇(PVA)棒88与第一和第二纳米颗粒82、84混合。
在第二步骤中，如图6所示，淬冷混合物在约零下180℃的温度下进行。为此，计量好的水加入到混合物中，纳米颗粒和PVA棒分散于水中，并且将分散液降至-180℃的温度。然后，纳米颗粒82、84在冰晶90的界面处被压缩。PVA棒88扮演了塑化剂的角色。纳米颗粒的团聚体在淬冷步骤中由于在冰晶之间压缩而形成。
然后，水通过冷冻干燥被移除，该步骤在温度低于0℃的冷条件下进行。最后，在冷冻干燥步骤结束以后，纳米颗粒分散于水中。大部分的PVA或者在真空冷冻干燥步骤中或者在最后的分散步骤中被分离出来。
现在开始描述第二种方法。该方法尤其用于制备第一颗粒和第二颗粒均为ZnO的团聚体。
第二种方法包含下列步骤。
1°)制备氧化锌纳米颗粒的溶胶
制备两种溶胶，由Nyacol所售商标名为Nyacol DP5370的ZnO溶胶以及由Evonik所售商标名为VP DISP ZnO20DW的溶胶。两种溶胶均为35wt％，并且包含结晶的纳米颗粒。它们之间的主要区别在于纳米颗粒的形状和尺寸不同：Nyacol为球形，30～50nm；而Evonik为棒或细长的板状形式(直径小于50nm，长度为500至750nm)。两种溶胶在稳定形式下均为固体，并且必须进行冲洗以便去除有机产物和稳定的盐(在14,000MWCO的纤维素透析膜上相对于90升的去离子水进行透析5天)。透析的效率可以通过测定缓冲溶液中水的电导率以及ZnO的最终浓度由重量分析法在加热至1000℃时进行测定。洗涤后，ZnO的质量浓度分别是Nyacol为17％，对于Evonik为14.5％。
2°)制备团聚体
第一实施例：具有60％的Nyacol ZnO+40％的Evonik ZnO的团聚体，以上比例基于质量计算。
0.92g的PVA(Fluka：4-88)加入到25g的去离子水中。混合物在室温下搅拌，直到PVA完全溶解。将PVA溶液在室温下加入到22.2g在前述步骤中所制备的透析过的Nyacol ZnO水溶胶(17质量％的ZnO)和17.35g在前述步骤制备的透析过的Evonik ZnO水溶胶(14.5质量％的ZnO)的混合物中。反应介质为乳白色、非常均匀且没有形成任何沉淀。
然后，反应介质逐滴加入到液氮(5L DEWAR)中，液滴的直径约为5mm。在液氮中淬冷后所得的团聚体然后在塑料布氏漏斗上过滤。将其称重并且放置进行冷冻干燥48小时。冷冻干燥通常持续48小时。在36小时后，停止冷冻干燥并且对团聚体称重。然后重新将其放回进行冷冻干燥12小时，然后重新称重。如果36小时和48小时的质量变化对于100g所用材料来说不大于0.5g，我们认为冷冻干燥完毕。然后，团聚体处于氩气气氛并且保持在室温的条件下。
第二实施例：具有80％的Nyacol ZnO+20％的Evonik ZnO的团聚体，以上比例基于质量计算。
0.92g的PVA(Fluka：4-88)加入到25g的去离子水中。混合物在室温下搅拌，直到PVA完全溶解。PVA溶液在室温下加入到29.6g在前述步骤制备的透析过的Nyacol ZnO水溶胶(17质量％的ZnO)和8.67g在前述步骤制备的透析过的Evonik ZnO水溶胶(14.5质量％的ZnO)的混合物中。反应介质为乳白色、非常均匀而且没有形成任何沉淀。
然后，反应介质然后逐滴加入到液氮(5L DEWAR)中，液滴的直径约为5mm。在液氮中淬冷后所得的团聚体然后在塑料布氏漏斗上过滤。将其称重并且放置进行冷冻干燥48小时。冷冻干燥通常持续48小时。在36小时后，停止冷冻干燥并且对团聚体称重。然后重新将其放回进行冷冻干燥12小时，然后重新称重。如果36小时和48小时的质量变化对于100g所用材料来说不大于0.5g，我们认为冷冻干燥完毕。然后，团聚体处于氩气气氛并且保持在室温的条件下。
第三实施例：具有90％的Nyacol ZnO+10％的Evonik ZnO的团聚体，以上比例基于质量计算。
0.92g的PVA(Fluka：4-88)加入到25g的去离子水中。在室温下搅拌混合物，直到PVA完全溶解。将PVA溶液在室温下加入到33.3g在前述步骤制备的透析过的Nyacol ZnO水溶胶(17质量％的ZnO)和4.34g在前述步骤制备的透析过的Evonik ZnO水溶胶(14.5质量％的ZnO)的混合物中。反应介质为乳白色、非常均匀而没有形成任何沉淀。然后，将反应介质逐滴加入到液氮(5L DEWAR)中，液滴的直径约为5mm。将在液氮中淬冷后所得的团聚体然后在塑料布氏漏斗上过滤。将其称重并且放置进行冷冻干燥48小时。冷冻干燥通常持续48小时。在36小时后，停止冷冻干燥并且对团聚体称重。然后重新将其放回进行冷冻干燥12小时，然后重新称重。如果36小时和48小时的质量变化对于100g所用材料来说不大于0.5g，我们认为冷冻干燥完毕。然后，团聚体处于氩气气氛并且保持在室温的条件下。

Claims (10)

1.一种核反应器，包含：
-具有核燃料组件的核芯；
-用于冷却所述核芯的回路(20)，在该回路中循环流体冷却剂；
-用于将纳米颗粒注射入所述流体冷却剂的装置(50)；
其特征在于：所述纳米颗粒包含具有小于2的第一形状因子的第一类型的第一纳米颗粒(82)、以及具有大于2的第二形状因子且不同于第一类型的第二类型的第二纳米颗粒(84)，所述纳米颗粒包含10wt％至90wt％的第一纳米颗粒(82)和90wt％至10wt％的第二纳米颗粒(84)。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：用于注射纳米颗粒的装置(50)包含以固体形式的所述纳米颗粒的贮存器(52)和用于将来源于所述贮存器(52)以固体形式的纳米颗粒直接注射入所述液体冷却剂的元件(54)。
3.根据前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于：在注射前，所述纳米颗粒为团聚体(80)的形式，每个团聚体(80)包括第一纳米颗粒(82)和第二纳米颗粒(84)。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于：大多数团聚体(80)具有介于150nm和400nm之间的尺寸。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的反应器，其特征在于：所述团聚体(80)具有大致的之字形状。
6.根据前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于：第一纳米颗粒(82)具有介于1和1.5之间的形状因子。
7.根据前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于：第一纳米颗粒(82)是无机氧化物形式，典型地选自Al2O3、ZnO、CeO2或Fe2O3。
8.根据前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于：第二纳米颗粒(84)具有介于2和5之间的形状因子。
9.根据前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于：第二纳米颗粒(84)是无机氧化物形式，典型地选自Al2O3、ZnO、CeO2或Fe2O3。
10.根据前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于：大多数纳米颗粒在团聚之前具有介于50nm和250nm之间的尺寸。
CN201280022606.4A 2011-05-11 2012-05-10 具有在发生事故时注射纳米颗粒的装置的核反应器 Pending CN103620692A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1154072 2011-05-11
FR1154072A FR2975215B1 (fr) 2011-05-11 2011-05-11 Reacteur nucleaire avec dispositif d'injection de nano particules en cas d'accident
PCT/EP2012/058679 WO2012152883A1 (fr) 2011-05-11 2012-05-10 Reacteur nucleaire avec dispositif d'injection de nano particules en cas d'accident

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103620692A true CN103620692A (zh) 2014-03-05

Family

ID=46052763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280022606.4A Pending CN103620692A (zh) 2011-05-11 2012-05-10 具有在发生事故时注射纳米颗粒的装置的核反应器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20140079172A1 (zh)
EP (1) EP2707882A1 (zh)
JP (1) JP2014514584A (zh)
KR (1) KR20140059759A (zh)
CN (1) CN103620692A (zh)
FR (1) FR2975215B1 (zh)
WO (1) WO2012152883A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116013559A (zh) * 2023-01-29 2023-04-25 上海核工程研究设计院股份有限公司 一种核电厂用纳米流体预混注射系统及注射方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037795A (zh) * 1988-05-13 1989-12-06 法玛通公司 带事故冷却水注入装置的核反应堆
CN1041665A (zh) * 1988-09-30 1990-04-25 西门子公司 具有后热排除管路的热核反应堆系统及该管路对沸水和压水核反应堆的应用
CN1067133A (zh) * 1991-04-26 1992-12-16 三菱重工业株式会社 反应堆应急冷却液蓄液器
US20080096986A1 (en) * 2005-11-14 2008-04-24 Cecile Thomazeau Method for synthesizing a catalyst based on anisotropic metallic nanoparticles by a micellar means
CN101933099A (zh) * 2007-03-02 2010-12-29 阿海珐有限公司 在应急系统中使用纳米颗粒的核电站及相关方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10065671A1 (de) * 2000-12-30 2002-07-18 Arnold Grimm Herstellung und Einsatz von Nanopartikel aus Feststoffen mittels Ultraschallenergie zur Erhöhung des Wärmetransportes von Wärmeträgerflüssigkeiten
US6793883B2 (en) * 2001-07-05 2004-09-21 General Electric Company Application of catalytic nanoparticles to high temperature water systems to reduce stress corrosion cracking
JP2003215289A (ja) * 2002-01-18 2003-07-30 Hitachi Ltd 中性物質注入系統を有する原子力プラント
US6724854B1 (en) * 2003-06-16 2004-04-20 General Electric Company Process to mitigate stress corrosion cracking of structural materials in high temperature water
JPWO2006087809A1 (ja) * 2005-02-18 2008-07-03 シーシーアイ株式会社 熱媒体液組成物
US8731133B2 (en) * 2006-02-22 2014-05-20 University of Florida Research Institute Foundation, Inc. Nuclear reactor having efficient and highly stable thermal transfer fluid
US8160197B2 (en) * 2007-03-06 2012-04-17 Areva Np Nuclear power plant using nanoparticies in closed circuits of emergency systems and related method
US20080219395A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-11 Areva Np Nuclear power plant using nanoparticles in emergency situations and related method
JP2009257918A (ja) * 2008-04-16 2009-11-05 Toshiba Corp 炉心溶融物冷却装置
US8435485B2 (en) * 2008-10-28 2013-05-07 Sakai Chemical Industry Co., Ltd. Method for producing zinc oxide using ammonium bromide, exoergic filler, resin composition, exoergic grease and exoergic coating composition comprising the zinc oxide
US20100129639A1 (en) * 2008-11-25 2010-05-27 General Electric Company Surface having a nanoporous coating, methods of manufacture thereof and articles comprising the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037795A (zh) * 1988-05-13 1989-12-06 法玛通公司 带事故冷却水注入装置的核反应堆
CN1041665A (zh) * 1988-09-30 1990-04-25 西门子公司 具有后热排除管路的热核反应堆系统及该管路对沸水和压水核反应堆的应用
CN1067133A (zh) * 1991-04-26 1992-12-16 三菱重工业株式会社 反应堆应急冷却液蓄液器
US20080096986A1 (en) * 2005-11-14 2008-04-24 Cecile Thomazeau Method for synthesizing a catalyst based on anisotropic metallic nanoparticles by a micellar means
CN101933099A (zh) * 2007-03-02 2010-12-29 阿海珐有限公司 在应急系统中使用纳米颗粒的核电站及相关方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116013559A (zh) * 2023-01-29 2023-04-25 上海核工程研究设计院股份有限公司 一种核电厂用纳米流体预混注射系统及注射方法
CN116013559B (zh) * 2023-01-29 2024-01-12 上海核工程研究设计院股份有限公司 一种核电厂用纳米流体预混注射系统及注射方法

Also Published As

Publication number Publication date
FR2975215A1 (fr) 2012-11-16
FR2975215B1 (fr) 2013-05-10
JP2014514584A (ja) 2014-06-19
EP2707882A1 (fr) 2014-03-19
WO2012152883A1 (fr) 2012-11-15
KR20140059759A (ko) 2014-05-16
US20140079172A1 (en) 2014-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8976920B2 (en) Nuclear power plant using nanoparticles in emergency systems and related method
Magendran et al. Synthesis of organic phase change materials (PCM) for energy storage applications: A review
Ran et al. Flow and heat transfer characteristics of microencapsulated phase change slurry in thermal energy systems: A review
JP5027257B2 (ja) 非常時にナノ粒子を使用する原子力発電所及び関連する方法
CN101720488B (zh) 在应急系统的闭合回路中使用纳米颗粒的核电设备及相关方法
CN105874258B (zh) 用于调节导管中流体流动的磁性‑低温阀，系统和方法
DE69829231T2 (de) Verfahren zum Sammeln und Auftauen polarisierter Gase, dessen Sammler und Heizmanschette
Roy et al. An evaluation of phase change microcapsules for use in enhanced heat transfer fluids
KR101106456B1 (ko) 그라핀／그라핀-산화물 분산 냉각재의 이용방법 및 이를 이용한 원자로 노심용융물 냉각 시스템
EP2748274A1 (en) Nanofluids for heat transfer applications
US20110001081A1 (en) Heat transfer fluids containing nanoparticles
CN103620692A (zh) 具有在发生事故时注射纳米颗粒的装置的核反应器
CN104183285B (zh) 一种反应堆压力容器外部冷却系统
Chen et al. Study on the microstructures and thermal properties of SiO2@ NaNO3 microcapsule thermal storage materials
CN113808766B (zh) 一种适用于压水堆核电站的纳米流体冷却回路系统
CN102782079B (zh) 氧化铝的胶态分散体
Venkitaraj et al. Low melt alloy blended polyalcohol as solid-solid phase change material for energy storage: an experimental study
CN106910539B (zh) 在压力维持及池式蒸发条件下水位保持的实验系统和方法
Kim et al. Evolution of the electronic transport properties of V 6 O 11 and V 7 O 13 under pressure
Msmali et al. Simulation for performance of storage unit with analyzing water freezing in presence of nanoparticles
Shin et al. Enhanced thermal properties of PCM based nanofluid for solar thermal energy storage
Jintang et al. A Study of AP1000 Nuclear Power Plant SGTR Event Processing Strategy
Gajendiran et al. Performance of latent heat solar thermal energy storage system using various heat transfer fluids
Lee et al. Sensitivity tests of aluminum precipitate preparation methods on head loss through debris beds on a sump screen
Gan et al. Optical Properties and Radiation-Enhanced Evaporation of Nanfluid Fuels

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140305