CN110310750A - 一种可同时生产氚和c14的熔盐堆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可同时生产氚和C14的熔盐堆，包括堆芯，所述堆芯包括若干栅格拼接而成熔盐堆的堆芯活性区，堆芯活性区外侧设置石墨反射层；栅格中设置熔盐通道，熔盐通道内流动有熔盐和石墨，熔盐溶解有燃料，燃料与中子发生裂变反应，释放出热量；侧石墨反射层上设置两个靶件孔道，两个靶件孔道内分别用于布置产氚靶件和产C14靶件，产氚靶件和产C14靶件经来自熔盐堆堆芯活性区的中子辐照后，可以生产出氚和C14；所述熔盐堆还包括一回路氚收集系统，氚收集系统内设置氚居留剂，用来收集回路中的氚。所述熔盐堆降低了熔盐堆的建造成本并丰富熔盐堆的用途，能够同时生产出工业领域与医学领域需求较大的氚和C14。

Description

一种可同时生产氚和C14的熔盐堆
技术领域
本发明涉及核能科学与工程领域，具体涉及一种可同时生产氚和C14的熔盐堆。
背景技术
氚及其标记化合物、C14及其标记化合物在军事、医学、工业、地质等领域有着举足轻重的作用。C14是具有非常广泛经济市场应用的同位素，医用研究用神经药物、氨基酸、维生素等都可能用到C14标记化合物。氚和C14都是关乎到国计民生的重要核素。
熔盐堆是指采用熔盐作为冷却剂或者慢化剂的反应堆，现有熔盐堆的用途一般为发电、制氢、海水淡化或者纯粹的实验用途，例如美国已经运行了的熔盐实验堆、中国科学院上海应用物理研究所提出的钍基熔盐堆等等。
然而，为了使得U235的富集度低于20%的限值，就必须减少堆芯泄漏，因此往往会在熔盐堆活性区外围设置较厚的石墨反射层，这些石墨反射层能够有效地将部分中子反射回堆芯，从而增加中子经济性，进而可以使得燃料的富集度降低的情况下也能够达到临界状态。为了更加充分地利用石墨反射层，因此，本发明提出在石墨反射层布置生产氚和C14的靶件，从而利用这些靶件生产C14。此外，由于熔盐堆活性区的熔盐中含有Li6，而Li6吸收中子后有可能产生氚，因此本发明提出在熔盐堆的一回路增设一个氚的收集器，能够进一步提高氚的产量。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足和问题，本发明的目的是提供一种可同时生产氚和C14的熔盐堆。
本发明的目的至少是通过以下技术方案之一实现的。
本发明提供了一种可同时生产氚和C14的熔盐堆，包括堆芯，所述堆芯包括若干栅元拼接而成的堆芯活性区，所述栅元为内部设置有熔盐通道的栅格，熔盐通道内流动有熔盐和石墨，熔盐溶解有燃料，燃料与中子发生裂变反应，释放出热量，同时也作为载热剂；石墨作为慢化剂，起到慢化中子的作用；堆芯活性区周围外侧设置石墨反射层，为防止栅元内的中子扩散到熔盐堆外的环境中；石墨反射层上设置两个靶件孔道，两个靶件孔道分别为产氚靶件孔道和产C14靶件孔道，产氚靶件孔道内布置产氚靶件，产C14靶件孔道内布置产C14靶件，产氚靶件和产C14靶件经来自熔盐堆堆芯活性区的中子辐照后，可以生产出氚和C14；所述熔盐堆还包括连接堆芯的循环熔盐的回路，在回路上设置氚收集系统，用来收集回路中的氚。
优选地，所述栅格为方形，边长为3~6 cm。
优选地，熔盐通道的横截面为圆形，半径为0.7~2cm。
优选地，燃料为铀燃料或钍铀混合燃料。
优选地，所述石墨反射层为圆形，产氚靶件孔道和产C14靶件孔道设置在石墨反射层上，产氚靶件孔道和产C14靶件孔道的连线和圆形的直径重合；石墨反射层的厚度为30~70 cm。
优选地，产氚靶件的材料为含锂芯块；产C14靶件的材料为含氮粉末。
优选地，氚收集系统为方形容器，方形容器设置在熔盐堆回路上。
优选地，栅格的边长为4cm。
优选地，熔盐通道的横截面的半径为1.1 cm。
优选地，组成堆芯活性区的栅元的个数为300~900。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
（1）本发明提供一种可同时生产氚和C14的熔盐堆，若干栅元组成堆芯，其栅元为外方内圆型栅元，不容易现有的六边形栅元，外方内圆型栅元可有效简化熔盐堆的堆芯建造；
（2）与现在仅能发电或制氢的熔盐堆不同，本发明提供的熔盐堆能够同时生产出工业领域与医学领域需求较大的氚和C14；
（3）与现有的压水堆仅能依靠靶件产氚不同，本发明提供的熔盐堆能够同时利用靶件产氚和在一回路中提取氚。
（4）与现有压水堆利用活性区产氚不同，本发明提供的熔盐堆能够在其石墨反射层中设置靶件孔道产氚。
附图说明
图1为实施例提供的设置有熔盐通道的栅元的示意图；
图2为实施例提供的由栅元排列而成的熔盐堆的堆芯活性区示意图；
图3为实施例提供的可同时生产氚和C14的熔盐堆的部分结构示意图；
图4为实施例中提供的熔盐堆的回路上设置的氚收集系统结构示意图；
图中1-栅格；2-熔盐通道；3-堆芯活性区；4-石墨反射层；5-产氚靶件孔道；6-产C14靶件孔道；7-堆芯； 8-回路；9-氚收集系统。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
实施例
本实施例提供了一种可同时生产氚和C14的熔盐堆，如图1和2所示，包括堆芯7，所述堆芯包括500个（为了便于陈述，附图只显示出9个）栅元拼接而成的堆芯活性区3，所述栅元为内部设置有熔盐通道2的栅格1，所述栅格1为边长为4厘米的方形，熔盐通道2的横截面为圆形，圆形的半径为1.1厘米，熔盐通道2内流动有熔盐和石墨，熔盐溶解有含氟钍铀混合燃料，含氟钍铀混合燃料与中子发生裂变反应，释放出热量，同时也作为载热剂；石墨作为慢化剂，起到慢化中子的作用；堆芯活性区3周围外侧设置石墨反射层4，如图3所示，为防止栅元内的中子扩散到熔盐堆外的环境中；石墨反射层4上设置两个靶件孔道，两个靶件孔道分别为产氚靶件孔道5和产C14靶件孔道6，产氚靶件孔道5内布置产氚靶件，产C14靶件孔道6内布置产C14靶件，产氚靶件和产C14靶件经来自熔盐堆堆芯活性区3的中子辐照后，可以生产出氚和C14；所述熔盐堆还包括连接堆芯7的循环熔盐的回路8，在回路8上设置氚收集系统9，用来收集回路中的氚。
所述石墨反射层4为圆形，产氚靶件孔道5和产C14靶件孔道6设置在石墨反射层4上，产氚靶件孔道5和产C14靶件孔道6的连线和圆形的直径重合；石墨反射层4的厚度为42cm。
产氚靶件的材料为含锂芯块；产C14靶件的材料为含氮粉末。
如图4所示，氚收集系统9为方形容器，方形容器设置在熔盐堆的回路8上。
仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，包括堆芯，所述堆芯包括若干栅元拼接而成的堆芯活性区，所述栅元为内部设置有熔盐通道的栅格，熔盐通道内流动有熔盐和石墨，熔盐溶解有燃料，燃料与中子发生裂变反应，释放出热量，同时也作为载热剂；石墨作为慢化剂，起到慢化中子的作用；堆芯活性区周围外侧设置石墨反射层，为防止栅元内的中子扩散到熔盐堆外的环境中；石墨反射层上设置两个靶件孔道，两个靶件孔道分别为产氚靶件孔道和产C14靶件孔道，产氚靶件孔道内布置产氚靶件，产C14靶件孔道内布置产C14靶件，产氚靶件和产C14靶件经来自熔盐堆堆芯活性区的中子辐照后，可以生产出氚和C14；所述熔盐堆还包括连接堆芯的循环熔盐的回路，在回路上设置氚收集系统，用来收集回路中的氚。
2.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，所述栅格为方形，边长为3~6cm。
3.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，熔盐通道的横截面为圆形，半径为0.7~2cm。
4.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，燃料为铀燃料或钍铀混合燃料。
5.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，所述石墨反射层为圆形，产氚靶件孔道和产C14靶件孔道设置在石墨反射层上，产氚靶件孔道和产C14靶件孔道的连线和圆形的直径重合；石墨反射层的厚度为30~70 cm。
6.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，产氚靶件的材料为含锂芯块；产C14靶件的材料为含氮粉末。
7.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，氚收集系统为方形容器，方形容器设置在熔盐堆回路上。
8.根据权利要求2所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，栅格的边长为4cm。
9.根据权利要求3所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，熔盐通道的横截面的半径为1.1 cm。
10.根据权利要求1所述的可同时生产氚和C14的熔盐堆，其特征在于，组成堆芯活性区的栅元的个数为300~900。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111916226A (zh) * 2020-06-05 2020-11-10 华南理工大学 一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法
CN112863725A (zh) * 2021-01-21 2021-05-28 中国科学院上海应用物理研究所 一种液态熔盐堆生产Mo-99的方法以及系统
CN112863726A (zh) * 2021-01-21 2021-05-28 中国科学院上海应用物理研究所 一种液态熔盐堆生产高活度比Sr-89和Sr-90的方法以及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3963564A (en) * 1973-10-24 1976-06-15 Commissariat A L'energie Atomique Method for preventing tritium contamination of secondary salt and steam in a molten salt reactor
CN101719384A (zh) * 2009-12-03 2010-06-02 中国核动力研究设计院 具有快中子转换区的核反应堆堆芯
CN103077759A (zh) * 2013-01-11 2013-05-01 吕应中 全能铀-钍转化-增殖堆装置及生产核燃料铀-233的方法
CN206134267U (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 中国核动力研究设计院 一种熔盐堆堆芯和停堆系统
US20170213609A1 (en) * 2014-07-17 2017-07-27 Ut-Battelle, Llc Apparatus and Method for Stripping Tritium from Molten Salt
CN108198635A (zh) * 2018-02-12 2018-06-22 中国科学院上海应用物理研究所 一种钍基熔盐增殖堆堆芯
CN109313948A (zh) * 2016-06-10 2019-02-05 科学与创新股份公司 在快中子核反应堆中生产放射性核素的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3963564A (en) * 1973-10-24 1976-06-15 Commissariat A L'energie Atomique Method for preventing tritium contamination of secondary salt and steam in a molten salt reactor
CN101719384A (zh) * 2009-12-03 2010-06-02 中国核动力研究设计院 具有快中子转换区的核反应堆堆芯
CN103077759A (zh) * 2013-01-11 2013-05-01 吕应中 全能铀-钍转化-增殖堆装置及生产核燃料铀-233的方法
US20170213609A1 (en) * 2014-07-17 2017-07-27 Ut-Battelle, Llc Apparatus and Method for Stripping Tritium from Molten Salt
CN109313948A (zh) * 2016-06-10 2019-02-05 科学与创新股份公司 在快中子核反应堆中生产放射性核素的方法
CN206134267U (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 中国核动力研究设计院 一种熔盐堆堆芯和停堆系统
CN108198635A (zh) * 2018-02-12 2018-06-22 中国科学院上海应用物理研究所 一种钍基熔盐增殖堆堆芯

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111916226A (zh) * 2020-06-05 2020-11-10 华南理工大学 一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法
CN111916226B (zh) * 2020-06-05 2023-07-18 华南理工大学 一种用于模拟磁约束聚变堆氚循环的系统及方法
CN112863725A (zh) * 2021-01-21 2021-05-28 中国科学院上海应用物理研究所 一种液态熔盐堆生产Mo-99的方法以及系统
CN112863726A (zh) * 2021-01-21 2021-05-28 中国科学院上海应用物理研究所 一种液态熔盐堆生产高活度比Sr-89和Sr-90的方法以及系统

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