加载中…熔融盐优劣
(2017-12-13 13:21:10)
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分类： 工业建造制作 |
1.熔融盐技术优势
Weinberg及其橡树岭国家实验室同事所提出的优势包括：
操作与维护安全：在海平面压力下，在超高温和强辐照中，熔融氟盐在机械意义上和化学意义上都是稳定的。氟与几乎所有的嬗变产物都以离子形式相结合，使它保持在循环之外。即使是放射性的惰性气体——特别是氙135，一种重要的中子吸收体——也产生于一个可以预知、可收容的位置：燃料最冷最分散的泵碗处。即便在事故中也不会向生物圈扩散。熔融盐在空气或者水中不可燃，并且锕系元素和放射性裂变产物的氟盐通常都不溶于水。
在堆芯区域没有高压蒸汽，只有低压的熔融盐。这意味着熔盐堆的堆芯不会发生蒸汽爆炸，并且不需要轻水堆中最昂贵的元件——堆芯的高压蒸汽容器壳。取而代之的是用金属板材建成的大桶和低压管道（熔融盐管道）。所用的金属材料是哈斯特洛合金-N，一种稀有的抗高温抗腐蚀镍合金，但这种材料的用量大幅度减少，并且薄金属的成型与焊接都不昂贵。
与轻水堆类似，钍增殖反应堆使用低能量的热中子。因此它比起铀-钚燃料循环所需要的，却难于处理的快中子增殖堆安全得多。钍燃料循环集合了反应堆安全性，燃料长期充裕以及无需昂贵的燃料浓缩设施等优点。
比起轻水堆，熔盐燃料反应堆的工作温度——从经过测试的MSRE（前述）及相关方案的650℃，到未经测试方案的950℃——要高很多。因此，熔盐堆可以驱动非常有效的布雷顿循环（燃气轮机）发电机。MSRE已经演示了650℃的运行，这使MSR成为最先进的“第四代反应堆”。高温运行带来的效率将燃料消耗、废弃物排放与辅助设备（主要费用）减少50%以上。
熔盐堆的尺寸可大可小，因此公用事业可以很容易地用收入建设一系列的小反应堆（比如100MW电功率），从而降低利息开支与商业风险。
熔盐燃料堆并不是实验性的。一些设计简单、经过实际检验的熔盐堆已经建成并在650℃工作了相当长的时间。熔盐堆并不需要新的科学知识，在工程学意义上，要研发更新、更大或者模块化的设计方案，所涉及的风险也非常低。
像所有的核电站一样，熔盐燃料堆对生物圈的影响很小。特别地，与化石燃料和可再生能源项目相比，它只占用很少的土地，建设规模相对较小，并且它的废弃物与生物圈相隔离。
2.熔融盐技术劣势
在针对增殖优化的时候，钍增殖堆要求现场后处理，从增殖层中移出镤233，使镤233通过β衰变成为铀233，而不是通过中子俘获变成铀234。这有可能允许将核燃料转成核武器材料。
铀233包含示踪级的铀232，在衰变链上，铀232会产生具有强γ放射性的衰变子体铊208。γ辐射对电子学的干扰会提高制造核武器的难度。利用同位素分离将铀232去除更为困难。如果把铀从钍及其它元素中分离出来，它的放射性活度起初较低，却随着钍228（半衰期2年）以及短寿命的钍序列衰变产物的富集而增强。浓缩天然铀是现有更简单的生产核武器的途径。与水汽接触时，氟盐会自然生成氢氟酸，当反应堆停堆、废弃或被淹没时会释放出氢氟酸雾。
在线后处理的优点
熔盐堆燃料的后处理可以在相邻的小型化工厂中连续进行。橡树岭国家实验室的Weinberg小组发现，一个非常小的后处理设施就可以为一个大型的1GW的发电站服务：所有的盐都要经过后处理，但只需要每十天处理一次。因此，反应堆燃料循环所产生的昂贵、有毒或放射性的产物总量要少于传统的、必须储存乏燃料棒的轻水堆。并且，除燃料和废弃物之外，所有的一切都保持在后处理厂之内。后处理循环如下：
用氟喷淋从盐中除去铀233燃料。且必须在下一步之前完成。
用4米高的熔融铋柱从燃料盐中分离出镤。
在小型存储设施中让铋柱中分离出的镤衰变到铀233。由于镤的半衰期为27天，因此储存10个月即可确保99.9%衰变为铀233燃料。
一个汽相氟盐蒸馏系统对盐进行提取。每种盐的蒸发温度是不同的。轻的载体盐：氟化铍和氟化锂会形成盐块，并分别在1169℃和1676℃蒸发—在真空中该温度会有所降低。氟化钍在约1680℃蒸发—在真空中温度稍低。只有镧系和碱性稀土氟化物，比如氟化锶，因为拥有更高的沸点而残留：这里面包含糟糕的中子毒物。每GW电功率每年所产生的废料大约为800公斤，因此设施非常小。长寿命的超铀盐被作为燃料送回反应堆内。
通过盐蒸馏，熔盐燃料堆可以烧钍，甚至轻水堆核废料的氟盐。
理论上，“双流”反应堆设计方案可以将增殖钍与裂变燃料盐分开。这可以消除以高温蒸馏进行的氟化钍（沸点1680℃）与镧系裂变产物氟盐分离带来的技术挑战，其代价是反应堆结构更为复杂。橡树岭放弃了双流设计方案，原因在于没有适于运行在MSR堆芯的高温、高中子及腐蚀环境的管道材料。
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