小型自然循环钠冷堆堆芯初步设计研究

陆道纲，张 勋

(华北电力大学 核科学与工程学院，北京 102206)

世界上绝大多数运行和新建的核电厂电功率一般约为1 000 MW，有的甚至高达1 700 MW，这些核电厂可大幅增加电网的电力供应，且由于规模效应可降低发电成本。但对一些电网容量较小的发展中国家，或在一些集中式电网无法覆盖的偏远地区、地形复杂和基础设施较差的区域，特别是对于非电力应用领域(如海水淡化，供热和工业用热等)，建设大型核电厂显得不是十分必要。相比之下，电功率小于300 MW的小型堆[1-2]凭借着投资成本低、建设周期短、运行灵活、更多的采用非能动和模块化设计等优点得到广泛关注。

按不同的技术路线，小型堆大致可分为压水堆、液态金属堆、气冷堆和熔盐堆。其中液态金属堆一般采用钠、铅或铅铋合金作为冷却剂。国际上许多国家提出一些小型液态金属堆的设计方案，如美国的小型钠冷池式快堆PRISM、铅铋合金堆HPM、铅冷快堆SSTAR等，日本的多功能钠冷4S堆，俄罗斯的铅冷BREST-OD-300型快堆、SVBR-100型铅铋合金快堆等[3-4]。国内对小型液态金属堆的研究较少，且其中一些主要用作海上船舰的推进设备[5]。

由于液态金属沸点高、传热性能好，因此以液态金属堆作为高温热源，既能用于发电，也可用于海水淡化、制氢和高温蒸汽等。文献[6]提出将小型自然循环钠冷堆与多个碱金属热电转换器(AMTEC)模块组成的小型发电系统。本工作在原有堆芯设计的基础上，分析不同燃料棒直径、节距、圈数等参数对堆芯物理和热工水力特性的影响，对额外停堆裕量和控制转鼓吸收层厚度的关系进行研究。……