現(xiàn)階段，屋頂風(fēng)機(jī)有玻璃鋼屋頂風(fēng)機(jī)和全鋁屋頂風(fēng)機(jī)兩種材質(zhì)。按照運(yùn)行方式，分為離心式屋頂風(fēng)機(jī)和軸流式屋頂風(fēng)機(jī)兩種，屋頂風(fēng)機(jī)的正確安裝是屋頂風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
屋頂風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)決定著安裝的順序，安裝屋頂風(fēng)機(jī)前要先制作風(fēng)機(jī)底座。首先我們要知道的是屋頂風(fēng)機(jī)的底座內(nèi)徑尺寸，然后根據(jù)底座內(nèi)徑的尺寸我們?cè)趤戆惭b風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。這樣才能合理的安裝好屋頂風(fēng)機(jī)。
首先我們要確定的是風(fēng)機(jī)底座的尺寸，根據(jù)尺寸來進(jìn)行屋頂?shù)拈_孔和設(shè)置基礎(chǔ)的尺寸，例如已知道屋頂風(fēng)機(jī)的底座內(nèi)徑為870*870，我們?cè)谖蓓數(shù)拈_孔尺寸為670*670，屋頂基礎(chǔ)框的尺寸我們應(yīng)該設(shè)計(jì)為860*860，這樣風(fēng)機(jī)才能順利的安裝在預(yù)留的基礎(chǔ)上，用落套式的方法安裝后用8顆螺釘固定住風(fēng)機(jī)。
在安裝風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)時(shí)候我們要充分做好防水設(shè)置，避免雨水從開孔的縫隙中進(jìn)入車間內(nèi)，我們可以設(shè)置分水槽，把雨水合理的分開，在建造基礎(chǔ)時(shí)要高出屋頂30-50毫米，這樣的設(shè)置也是為了防止雨水倒灌進(jìn)入車間廠房?jī)?nèi)。

第四代核能工程研發(fā)介紹

TheIntroductionofR&DonGenerationIVNuclearEnergySystem

楊孟嘉1任俊生1周志偉2

（1.中國廣東核電團(tuán)體公司技術(shù)中心，廣東深圳，518124；
2.清華年夜學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，北京，100084）

　　摘要：介紹了國際核能界正在著手開發(fā)的第四代核能工程（以下簡(jiǎn)稱Gen-IV）的布景和要到達(dá)的方針。第四代核能工程國際論壇憑據(jù)第四代核能工程的方針選擇了六種最有�？吹母拍钸M(jìn)行研發(fā)，本文簡(jiǎn)要介紹了它們的技術(shù)特點(diǎn)、主要設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)上尚待解決的問題。

　　關(guān)頭詞：第四代核能工程

　　Abstract：ThispaperintroducesthebackgroundandobjectiveofGenerationIVnuclearenergysystemthatinternationalnuclearenergyindustryisdeveloping.ThegenerationIVnuclearenergysysteminternationalforum(GIF)selectssixmostpromisingconceptstodevelopaccordingtotheobjectiveofgenerationIVnuclearenergysystem.Thispaperalsobriefstheirtechnicalfeatures,majordesignparametersandtechnicalissuestobesettled.

　　Keywords：GenerationIVnuclearenergysystem

1　Gen-IV的研發(fā)布景

　　實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共存和可延續(xù)成長(zhǎng)是人類所追求的理想境界。在中國光輝的五千年的文化中，始終貫串著天人合一的構(gòu)想。在世界列國追求工業(yè)化的進(jìn)程中，泛起了能源和情況這一對(duì)矛盾，而今朝能源供給的模式不是可延續(xù)的，必需進(jìn)行重年夜調(diào)整�？裳永m(xù)成長(zhǎng)成了人類進(jìn)進(jìn)新世紀(jì)以后所面臨的重要問題。

　　人們注重到電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力可能會(huì)對(duì)核電的運(yùn)行平安發(fā)生晦氣影響。但研究講明，最成功的商業(yè)核電廠和最平安的核電廠之間存在著緊密親密的聯(lián)系關(guān)系。三哩島核電站和切爾諾貝利核電站發(fā)生的事故及其影響證實(shí)：核平安是核工業(yè)成長(zhǎng)的生命線。平安靠得住性已成為核電廠的商業(yè)要求中一個(gè)不成或缺的部門。

　　今朝世界年夜大都國家電力市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)日益劇烈，迫使電力生產(chǎn)商和它們的供給商加倍關(guān)注它們的運(yùn)行成本和投資的盈利能力。現(xiàn)有的核電工程在這樣的市場(chǎng)上顯得初投資太高、建設(shè)期太長(zhǎng)和項(xiàng)目規(guī)模太年夜。核工業(yè)要糊口生涯下往并連結(jié)繁榮，就需要執(zhí)行商業(yè)化的、以利潤為導(dǎo)向的方針。從整體上看，核動(dòng)力在中期和遠(yuǎn)期的市場(chǎng)中都具有競(jìng)爭(zhēng)潛力�？墒�，要使這類潛力變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，還要在許多方面支出極年夜的起勁，包括必需能在不危及平安的條件下年夜幅度下降成本，包括運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，并使電廠的可哄騙率到達(dá)較高水平。

　　面臨上述挑戰(zhàn)，國際核能界正在進(jìn)行多方面的研究和調(diào)整，其中一項(xiàng)行動(dòng)就是對(duì)第四代核能工程的研發(fā)。包括有關(guān)國家政府、工業(yè)界、電力公司、年夜學(xué)、實(shí)驗(yàn)室、研究院所都分歧水平地關(guān)注或介入這個(gè)研發(fā)。每一年的研發(fā)費(fèi)用跨越20億美元。

　　按普遍被接受的概念，已有的核能工程分為三代：

　�。�1）上個(gè)世紀(jì)50年月末至60年月初建造的第一批原型核電站；

　�。�2）60年月至70年月年夜批建造的單機(jī)容量在600~1400MW的尺度型核電站，它們是今朝世界上正在運(yùn)行的439座核電站（2002年6月統(tǒng)計(jì)數(shù)）的主體；

　　（3）80年月起頭成長(zhǎng)、在90年月末起頭投進(jìn)市場(chǎng)的進(jìn)步前輩輕水堆（ALWR）核電站。

　　Gen-IV的概念最早是在1999年6月召開的美國核學(xué)會(huì)年會(huì)上提出的。在昔時(shí)11月該學(xué)會(huì)冬季年會(huì)上，進(jìn)一步明確了成長(zhǎng)Gen-IV的設(shè)想。美國、法國、日本、英國等核電蓬勃國家在2000年組建了Gen-IV國際論壇，擬用2~3年的時(shí)間完成制定Gen-IV研發(fā)方針計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃總的方針是在2030年左右，向市場(chǎng)上提供能夠很好解決核能經(jīng)濟(jì)性、平安性、廢物處置和避免核擴(kuò)散問題的Gen-IV。

2　Gen-IV的研發(fā)方針

　　今朝Gen-IV進(jìn)步前輩核能工程的概念還比力模糊，國際上也沒有一個(gè)確切的界說�？墒�，這里已明確的是"進(jìn)步前輩核能工程"，而非"進(jìn)步前輩反應(yīng)堆"。其應(yīng)知足平安、經(jīng)濟(jì)、可延續(xù)成長(zhǎng)、少少的廢物生成、燃料增殖的風(fēng)險(xiǎn)低等基本尺度。

　　具體來說，研發(fā)Gen-IV的方針有三類：

2.1可延續(xù)能力方針

　　依照比力權(quán)威的界說，可延續(xù)能力的本質(zhì)是若何維系地球糊口生涯支持工程往知足人類基本需求的能力。對(duì)一個(gè)特定工程而言，是其在劃定方針和預(yù)設(shè)階段內(nèi)可以成功地將其成長(zhǎng)度、協(xié)調(diào)劑、延續(xù)度穩(wěn)定地約束在可延續(xù)成長(zhǎng)閾值內(nèi)的幾率，也就是其成功地延長(zhǎng)至可延續(xù)成長(zhǎng)方針的能力。Gen-IV的可延續(xù)能力方針包括燃料的有用哄騙、廢物經(jīng)管和在物理上對(duì)核擴(kuò)散的限制。即：

　　可延續(xù)能力方針1：Gen-IV將為全球提供知足潔凈空氣要求、持久靠得住、燃料有用哄騙的可延續(xù)能源。

　　可延續(xù)能力方針2：Gen-IV發(fā)生的核廢物量少少；采用的核廢物經(jīng)管方式將既能妥帖地對(duì)核廢物進(jìn)行平安處置，又能顯著削減工作人員的劑量，從而改良對(duì)公眾健康和情況的庇護(hù)。

　　可延續(xù)能力方針3：Gen-IV要把商業(yè)性核燃料輪回致使的核擴(kuò)散可能性限制在最低限度，使得難以將其轉(zhuǎn)為軍事用途，并為避免恐怖勾當(dāng)在物理上提供更有用的措施。

2.2平安靠得住性方針

　　在核能工程的研發(fā)和運(yùn)行中，平安靠得住是優(yōu)先斟酌的基本身分。在正常運(yùn)行或設(shè)想的瞬態(tài)工況下，核能工程都必需連結(jié)其平安裕量，避免事故發(fā)生，并有有用的事故減緩措施。同時(shí)，要求有很高的運(yùn)行靠得住性。

　　多年來，改良核能工程的平安靠得住性，下降廠外放射性釋放的頻率和水平，下降嚴(yán)重事故發(fā)生的幾率，一直是明確的趨向。Gen-IV要經(jīng)由過程進(jìn)一步的改良到達(dá)更高的平安靠得住性，更好地庇護(hù)員工、公眾的健康和情況。在這方面，Gen-IV也有三個(gè)方針：

　　平安靠得住性方針1：Gen-IV在平安、靠得住運(yùn)行方面將較著優(yōu)于其它核能工程。

　　這個(gè)方針是經(jīng)由過程削減能誘發(fā)事故或使一般事故演釀成嚴(yán)重事故的事務(wù)、裝備問題和人因問題的數(shù)目來提高運(yùn)行的平安性。這個(gè)方針也經(jīng)由過程強(qiáng)化靠得住性來提高核能工程的經(jīng)濟(jì)性。要到達(dá)這些運(yùn)行方針、支持強(qiáng)化公眾信心的平安示范，需要提出響應(yīng)的要求和進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。

　　為了將平安靠得住性提高到最高水平，第四代核能工程必需繼續(xù)采用工業(yè)界與監(jiān)管機(jī)構(gòu)為增強(qiáng)公眾信心而建立的有關(guān)律例，并采用未來的進(jìn)步前輩技術(shù)。

　　平安靠得住性方針2：Gen-IV堆芯損壞的可能性極低；即使損壞，水平也很輕。

　　這一方針對(duì)業(yè)主/運(yùn)行者是相當(dāng)重要的。多年來，人們一直在致力于下降堆芯損壞的幾率。采用的措施包括PRA分析方式、制定用戶要求文件、在平安工程中引進(jìn)非能動(dòng)概念等。

　　平安靠得住性方針3：在事故條件下無廠外釋放，不需要廠外應(yīng)急。

　　公眾、出格是棲身在核舉措措施四周的居平易近認(rèn)為需要廠外應(yīng)急是核能不平安、不成靠的一個(gè)證實(shí)。是以，Gen-IV在設(shè)計(jì)上的一個(gè)起勁標(biāo)的目的就是經(jīng)由過程設(shè)計(jì)和采用進(jìn)步前輩技術(shù)取消廠外應(yīng)急。這是核能平安的一個(gè)革命性改良，它講明：不管核電站發(fā)生什么事故，都不會(huì)造成對(duì)廠外公眾的損害。

2.3經(jīng)濟(jì)性方針

　　Gen-IV將接納重年夜步驟以下降新建核電廠的投資費(fèi)用和財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)，否則其在可延續(xù)能力、平安靠得住性方面的優(yōu)點(diǎn)會(huì)被較高的資本費(fèi)用和發(fā)電成本和響應(yīng)的高風(fēng)險(xiǎn)所淹沒。持久以來，核電站主要是帶基本負(fù)荷運(yùn)行。這類情況正在發(fā)生變化，全球能源市場(chǎng)正在由管制向消除管制過渡，會(huì)有更多的自力發(fā)電公司和商業(yè)電廠業(yè)主（運(yùn)行者）進(jìn)進(jìn)消除了管制的電力市場(chǎng)。這意味著正在研發(fā)中的核電站要斟酌更多的潛在的電廠業(yè)主，未來的核能工程要順應(yīng)分歧的要求，包括負(fù)荷跟蹤和功率較小的機(jī)組。我國已建和在建的大都核電站的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)性不理想。隨著我國能源事業(yè)的成長(zhǎng)和電力體系體例改造的不竭深化，提高核電經(jīng)濟(jì)性的要求也將更為迫切。今朝，新建核電廠的單元造價(jià)（$1500~2000/kW，是化石燃料電廠單元造價(jià)的2~4倍）和較長(zhǎng)的建造時(shí)間、審批時(shí)間、退役時(shí)間，與其它電力生產(chǎn)方式是不能相比的。要能夠和其它電力生產(chǎn)方式相競(jìng)爭(zhēng)，核電站的建設(shè)應(yīng)當(dāng)知足：

　　·初投資（隔夜價(jià)）每千瓦小于1000美元；

　　·總的電力生產(chǎn)成本應(yīng)低于3美分/kWh；

　　·建設(shè)期小于3年。

　　經(jīng)濟(jì)方針1：Gen-IV在全壽期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性較著優(yōu)于其它能源工程。

　　要確保核能工程成為世界能源供給工程中一個(gè)不成缺少的部門，需要全壽期內(nèi)的成本優(yōu)勢(shì)。全壽期成本包括四個(gè)主要部門：建設(shè)投資、運(yùn)行和維修成本、燃料輪回成本、退役和凈化成本。還有一些其它的重要身分影響全壽期成本，如融資條件、整個(gè)項(xiàng)目延續(xù)時(shí)間、建設(shè)進(jìn)度、容量因子和電站壽命。今朝，投資成本高和建設(shè)期太長(zhǎng)是新建核電廠在財(cái)政上的主要障礙，而運(yùn)行和維修成本在現(xiàn)有電站中近年來已年夜年夜改良。對(duì)Gen-IV，全壽期成本的所有身分都要優(yōu)于其它的能源（包括現(xiàn)有的核工程），以確保其競(jìng)爭(zhēng)力。

　　經(jīng)濟(jì)方針2：Gen-IV的財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)水平與其它能源項(xiàng)目的財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)水平相當(dāng)。

　　在一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的資本市場(chǎng)上，要籌集到建設(shè)所需的資金，Gen-IV就必需將財(cái)政風(fēng)險(xiǎn)下降到或連結(jié)在為新建項(xiàng)目融資進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的水平。

3　Gen-IV的研發(fā)工作

　　Gen-IV國際論壇的成員國一致贊成，在Gen-IV的研發(fā)中將遵循兩個(gè)原則：

　　立異性原則：國際上關(guān)于第四代核能工程的計(jì)議中已告竣這樣的共識(shí)，即第四代核能工程必需接納立異性的技術(shù)解決方案，否則沒法有用解決核能今朝面臨的挑戰(zhàn)。

　　開放性原則：在今朝的早期根蒂根基研究階段，不要破除任何可能的解決方案，應(yīng)向所有的技術(shù)開放。例如：鈾輪回或釷輪回、熱衷子堆或快中子堆、各類燃料輪回方式等。是以，需要對(duì)已有的各類反應(yīng)堆概念，包括各類進(jìn)步前輩輕水堆、重水堆、壓力管式輕水堆、各類模塊化高溫氣冷堆、進(jìn)步前輩的氣冷堆、超臨界輕水快堆、氣冷快堆、鈉冷快堆、鉛冷或鉛/鉍冷快堆、熔鹽堆、有機(jī)冷卻劑堆和等離子直接發(fā)電堆等進(jìn)行評(píng)估，以確認(rèn)研發(fā)的前景。

　　2000年5月，Gen-IV國際論壇的成員國在巴黎的會(huì)議上憑據(jù)Gen-IV的方針，選擇了6種最有�？吹腉en-IV概念作進(jìn)一步研發(fā)（見表1）。成員國相信這些研發(fā)工作將使核能成為全球一種基本的能源，30年后Gen-IV將在任何能源市場(chǎng)中與最廉價(jià)的其它能源技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。可是，就其中任一種工程而言，其研發(fā)工作可能會(huì)有現(xiàn)在還沒法預(yù)見的挑戰(zhàn)，也不能斷言一定能取得成功。

表16種第四代核能工程

縮寫能譜燃料輪回鈉冷快堆工程SFR快閉式鉛合金冷卻堆工程LFR快閉式氣冷快堆工程GFR快閉式超凡高溫堆工程VHTR熱一次超臨界水冷堆工程SCWR熱和快一次/閉式熔鹽堆工程MSR熱閉式
　　表中，SCWR和VHTR采用一次經(jīng)由過程或MOX（夾雜氧化陶瓷）燃料輪回方式；SFR、LFR、GFR和MSR采用完全錒系元素再輪回方式。

3.1超凡高溫氣冷堆工程（VHTR）

　　VHTR是高溫氣冷堆的進(jìn)一步成長(zhǎng)，采用石墨慢化、氦氣冷卻、鈾燃料一次經(jīng)由過程輪回方式。其燃料溫度達(dá)1800℃，冷卻劑出口溫度可達(dá)1500℃。VHTR具有優(yōu)秀的非能動(dòng)平安特征，熱效率跨越50，易于模塊化，經(jīng)濟(jì)上競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。

　　VHTR以1000℃的堆芯出口溫度供熱，這類熱能用于如制氫或?yàn)槭�化和其它工業(yè)提供工藝熱。參考堆的熱功率為600MW，堆芯經(jīng)由過程與其相連的一個(gè)中心熱交換器釋下班藝熱。反應(yīng)堆芯可所以像正在日本運(yùn)行的HTTR那樣的棱柱形塊堆芯，或是像正在我國運(yùn)行的HTR-10那樣的球床堆芯。VHTR制氫能有用地向碘－硫熱化學(xué)工藝供熱。

　　VHTR連結(jié)了高溫氣冷堆具有的優(yōu)秀平安特征，同時(shí)又是一個(gè)高效工程。它可以向高溫、高耗能和不使用電能的工藝進(jìn)程提供廣譜熱量，還可以與發(fā)電裝備組合以知足熱電聯(lián)產(chǎn)的需要。該工程還具有采用鈾/钚燃料輪回的靈活性，發(fā)生的核廢物少少。

表2VHTR參考堆主要參數(shù)參考值

熱功率，MWt600堆芯進(jìn)口/出口壓力，MPa憑據(jù)工藝?yán)鋮s劑進(jìn)口/出口溫度，℃640/1000凈效率，％＞50平均功率密度，MWt/m36~10燃料成份在塊狀燃料、粒狀燃料或球狀燃料中的碳化鋯包覆顆粒氦氣質(zhì)量流量，kg/s320
　　技術(shù)上有待解決的問題：

　　·在這類超凡高溫下，銫和銀遷移能力的增加可能會(huì)使得碳化硅包覆層不足以限制它們，所以需要進(jìn)行新的燃料和材料設(shè)計(jì)，以知足下述條件：

　　堆芯出口溫度可達(dá)1000℃以上，
　　事故時(shí)燃料溫度最高可達(dá)1800℃，
　　最年夜燃耗可達(dá)150~200GWD/MTHM，
　　高溫合金和包覆質(zhì)量，
　　使用碘－硫工藝進(jìn)程制氫，
　　能避免堆芯中的功率峰和溫度梯度，和冷卻氣體中的熱沖擊；

　　·平安工程是能動(dòng)的，而不長(zhǎng)短能動(dòng)的，因而下降了其平安裕量；

　　·開發(fā)高性能的氦氣氣輪機(jī)及其相關(guān)部件；

　　·商業(yè)用反應(yīng)堆的模塊化；

　　·石墨在高溫下的穩(wěn)定性和壽命。

3.2超臨界水冷堆（SCWR）

　　SCWR是運(yùn)行在水的臨界點(diǎn)（374℃、22.1MPa）以上的高溫、高壓水冷堆。SCWR使用"超臨界水"作冷卻劑。這類水既具有液體性質(zhì)又具有氣體性質(zhì)，熱傳導(dǎo)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的"輕水"。用超臨界水作冷卻劑可以使反應(yīng)堆的熱效率比今朝的輕水堆熱效率提高約1/3，還可以簡(jiǎn)化BOP。由于反應(yīng)堆中的冷卻劑不發(fā)生相變，而且直接與能量轉(zhuǎn)換裝備毗連，因而可以年夜年夜簡(jiǎn)化BOP。SCWR的參考堆熱功率1700MWt，運(yùn)行壓力25MPa，堆芯出口溫度510℃（可以到達(dá)550℃）。使用氧化鈾燃料。SCWR的非能動(dòng)平安特征與簡(jiǎn)化滾水堆相似。SCWR既適用于熱衷子譜，也適用于快中子譜。SCWR連系了兩種成熟技術(shù)：輕水反應(yīng)堆技術(shù)和超臨界燃煤電廠技術(shù)。由于工程簡(jiǎn)化和熱效率高（凈效率達(dá)44），在輸出功率不異的條件下，超臨界水冷堆只有一般反應(yīng)堆的一半年夜小，預(yù)計(jì)建造成本僅$900/kW。發(fā)電費(fèi)用可看下降30，僅為$0.029/kWh。是以，SCWR在經(jīng)濟(jì)上有極年夜的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　SCWR主要是設(shè)計(jì)用于發(fā)電的，也可用于錒系元素經(jīng)管。其堆芯設(shè)計(jì)有兩種：熱譜或快譜。后者采用快堆的閉式燃料輪回。

表3SCWR參考堆主要參數(shù)參考值

電功率，MWe1700冷卻劑壓力，MPa25冷卻劑進(jìn)口/出口溫度，℃280/510凈效率，％44平均功率密度，MWt/m3100參考燃料成份用奧氏體或鐵鹽酸不銹鋼，或鎳合金做包殼的UO2燃耗，GWD/MTHM45　　技術(shù)上有待解決的問題：

　　·SCWR的材料和結(jié)構(gòu)要能耐極高的溫度、壓力，和堆芯內(nèi)的輻照。這就帶來了很多相關(guān)的問題，包括：

　　侵蝕問題和應(yīng)力侵蝕斷裂問題，
　　輻解作用和水化學(xué)作用，
　　強(qiáng)度、脆變和蠕變強(qiáng)度，
　　燃料結(jié)構(gòu)材料和包殼結(jié)構(gòu)材料所需的進(jìn)步前輩高強(qiáng)度金屬合金；

　　·SCWR的平安性：

　　非能動(dòng)平安工程的設(shè)計(jì)，
　　怎樣克服堆芯再淹沒時(shí)泛起的正反應(yīng)性；

　　·運(yùn)行穩(wěn)定性和控制：

　　理論上有可能泛起密度波和中子動(dòng)力學(xué)、熱工水力學(xué)和自然輪回相耦合的不穩(wěn)定性；
　　功率、溫度和壓力的控制，例如，給水功率控制，控制棒的溫度控制，汽輪機(jī)節(jié)省壓力控制等；
　　電站的啟動(dòng)：定參數(shù)啟動(dòng)，仍是滑參數(shù)啟動(dòng)？

　　·SCWR核電站的設(shè)計(jì)。

3.3熔鹽反應(yīng)堆（MSR）

　　由于熔融鹽氟化物在噴氣發(fā)念頭溫度下具有很低的蒸汽壓力，傳熱性能好，無輻射，與空氣、水都不發(fā)生劇烈反應(yīng)，上世紀(jì)50年月人們就起頭將熔融鹽技術(shù)用于商用發(fā)電堆。MSR在超熱譜反應(yīng)堆中發(fā)生裂變能，采用熔鹽燃料夾雜輪回和完全的錒系再輪回燃料。在MSR工程中，燃料是鈉、鋯和鈾氟化物的輪回液體夾雜物。熔鹽燃料在石墨堆芯通道中流過，發(fā)生超熱譜。在熔鹽中發(fā)生的熱量經(jīng)由過程中心熱交換器傳給二次側(cè)冷卻劑，再經(jīng)由過程第三熱交換器傳給能量轉(zhuǎn)換工程。參考電站的電功率為百萬千瓦級(jí)。堆芯出口溫度700℃，也可達(dá)800℃，以提高熱效率。

　　MSR采用的閉式燃料輪回能夠獲得钚的高燃耗和最少的錒系元素。MSR的液態(tài)燃料允許像添加钚一樣添加錒系元素，這樣就用不著燃料的制造和加工。錒系元素和年夜大都裂變產(chǎn)物在液態(tài)冷卻劑中形成氟化物。熔融氟化鹽具有優(yōu)秀的傳熱特征和很低的蒸汽壓力，這樣就下降了對(duì)容器和管道的應(yīng)力。

表4MSR參考電站主要參數(shù)參考值電功率，MWe1000燃料鹽進(jìn)口/出口溫度，℃565/700氫溫，℃850熱效率，％44~50蒸汽壓力<0.1psi慢化劑石墨功率密度，MWt/m322功率輪回屢次再熱的回復(fù)式氦氣布雷頓輪回

　　技術(shù)上有待解決的問題：

　　·錒系元素和鑭系元素的消融性；

　　·材料的兼容性；

　　·金屬的聚類；

　　·鹽的處置、分手和再處置工藝；

　　·燃料的開發(fā)；

　　·侵蝕和脆化研究；

　　·氚控制技術(shù)的研發(fā)；

　　·熔鹽的化學(xué)控制；

　　·石墨密封工藝和石墨穩(wěn)定性改良和實(shí)驗(yàn)；

　　·具體的概念設(shè)計(jì)研究和設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.4氣冷快堆（GFR）

　　在Gen-IV6種最有�？吹母拍钪�，快中子堆有3種。我國核電成長(zhǎng)的戰(zhàn)略線路也是近期成長(zhǎng)熱衷子反應(yīng)堆核電站，中期成長(zhǎng)快中子反應(yīng)堆核電站。熱衷子反應(yīng)堆不能哄騙占自然鈾99以上的U-238，而快中子增殖反應(yīng)堆哄騙中子實(shí)現(xiàn)核裂變及增殖，可以使自然鈾的哄騙率從1提高到60~70。憑據(jù)趙仁愷院士計(jì)較，裂變熱堆若是采用核燃料一次經(jīng)由過程的技術(shù)線路，則全球鈾資本僅供人類數(shù)十年所需；若是采用鈾钚輪回的技術(shù)線路，成長(zhǎng)快中子增殖堆，則全球鈾資本將可供人類千年以上所需。在快中子反應(yīng)堆研究方面，經(jīng)由過程一些實(shí)驗(yàn)堆已解決了一些復(fù)雜的工程問題，包括燃料元件、冷卻劑、堆控制和堆平安問題。

　　GFR是快中子能譜反應(yīng)堆，采用氦氣冷卻、閉式燃料輪回。與氦氣冷卻的熱衷子能譜反應(yīng)堆一樣，GFR的堆芯出口氦氣冷卻劑溫度很高，可以用于發(fā)電、制氫和供熱。參考堆的電功率為288MWe，堆芯出口氦氣溫度850℃，氦氣氣輪機(jī)采用布雷頓直接輪回發(fā)電，熱效率可達(dá)48。發(fā)生的放射性廢物少少和有用地哄騙鈾資本是GFR的二年夜特點(diǎn)：經(jīng)由過程快譜和完全錒系元素再輪回相連系，GFR年夜年夜削減了長(zhǎng)壽期放射性廢物的發(fā)生；與采用一次經(jīng)由過程燃料輪回的熱譜氣冷反應(yīng)堆相比，氣冷快堆的快譜也使得更有用地哄騙可用的裂變和增殖材料（包括貧鈾）成為可能。

　　因氦氣密度小，傳熱性能不如鈉，要把堆芯發(fā)生的熱量帶出來就必需提高氦氣壓力，增加冷卻劑流量，這就帶來許多技術(shù)問題。另外氦氣冷卻快堆熱容量小，一旦發(fā)生失氣事故，堆芯溫度上升較快，需要靠得住的備用冷卻工程。

　　技術(shù)上有待解決的問題：

　　·用于快中子能譜的燃料；

　　·GFR堆芯設(shè)計(jì)；

　　·GFR的平安性（如余熱破除、承壓平安殼的設(shè)計(jì)，等）；

　　·需要開發(fā)新的燃料輪回和處置工藝；

　　·相關(guān)材料的開發(fā)；

　　·高性能的氦氣氣輪機(jī)的研發(fā)。

表5GRF參考堆主要參數(shù)參考值熱功率，MWt600電功率，MWe288冷卻劑壓力，MPa9冷卻劑進(jìn)口/出口溫度，℃490/850平均功率密度，MWt/m3100燃料成份Pu含量年夜約為20的UPuC/SiC（70/30）堆芯體積比，燃料/氣體/碳化硅50/40/10轉(zhuǎn)化比自足3.5鈉冷快堆（SFR）

　　SFR是用金屬鈉作冷卻劑的快譜堆，采用閉式燃料輪回方式，能有用地經(jīng)管錒系元素和鈾－238的轉(zhuǎn)換。這類燃料輪回采用完全錒系再輪回，所用的燃料有兩種：中等容量以下（150~500MWe）的鈉冷堆，使用鈾－钚－少許錒元素－鋯金屬合金燃料；中等到年夜容量（500~1500MWe）的鈉冷堆，使用MOX燃料。前者由在舉措措施上與反應(yīng)堆集成為一體的基于高溫冶煉工藝的燃料輪回所支持；后者由在堆芯中心位置設(shè)置的基于進(jìn)步前輩濕法工藝的燃料輪回所支持。兩者的出口溫度都近550℃。一個(gè)燃料輪回工程可為多個(gè)反應(yīng)堆提供服務(wù)。

　　鈉在98℃時(shí)融化，883℃時(shí)沸騰，具有高于年夜大都金屬的比熱和優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能，而且價(jià)格較低，適適用作反應(yīng)堆的冷卻劑�？墒牵�金屬鈉的另外一些特征，又使得在用液態(tài)金屬鈉作快堆冷卻劑的同時(shí)帶來許多復(fù)雜技術(shù)問題。這些特征包括：鈉與水接觸發(fā)生放熱反應(yīng)；液態(tài)金屬鈉的強(qiáng)侵蝕容易造成泄漏；鈉在中子照射下生成放射性同位素；鈉表露在年夜氣中，在一定溫度下與年夜氣中水份作用會(huì)引發(fā)著火。鈉的這些特征給鈉冷快堆設(shè)計(jì)帶來許多堅(jiān)苦，是以，鈉冷快堆設(shè)計(jì)要比壓水堆設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。這些可以經(jīng)由過程反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及選材來解決。

　　SFR是為經(jīng)管高放廢物、出格是钚和其它錒系元素而設(shè)計(jì)的。這個(gè)工程的重要平安特征包括熱力響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，到冷卻劑發(fā)生沸騰時(shí)仍有年夜的裕量，主工程運(yùn)行在年夜氣壓力四周，在主工程中的放射性鈉與發(fā)電廠的水和蒸汽之間有中心鈉工程，等等。隨著技術(shù)的前進(jìn)，投資成本會(huì)不竭下降，鈉冷快堆也將能服務(wù)于發(fā)電市場(chǎng)。與采用一次經(jīng)由過程燃料輪回的熱譜反應(yīng)堆相比，SFR的快譜也使得更有用地哄騙可用的裂變和增殖材料（包括貧鈾）成為可能。

　　由于具有燃料資本哄騙率高和熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，SFR從核能和平哄騙成長(zhǎng)的早期起頭就一直遭到列國的重視。在技術(shù)上，SFR是Gen-IV6種概念中研發(fā)進(jìn)展最快的一種。美國、俄國、英國、法國和日本等核能技術(shù)蓬勃國家在曩昔的幾十年都前后建成并運(yùn)行過實(shí)驗(yàn)快堆，經(jīng)由過程年夜量的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)已基本掌握快堆的關(guān)頭技術(shù)和物理熱工運(yùn)行特征。我國在國家863高技術(shù)項(xiàng)目基金的支持下近十幾年來也展開了相當(dāng)規(guī)模的實(shí)驗(yàn)和理論研究。

表6SFR參考堆主要設(shè)計(jì)參數(shù)參考值熱功率，MWt1000~5000反應(yīng)堆壓力，年夜氣壓1反應(yīng)堆出口溫度，℃530~550平均功率密度，MWt/m3350燃料氧化物或金屬合金包殼鐵酸鹽或ODS鐵酸鹽轉(zhuǎn)化比0.5~1.30平均燃耗，GWD/MTHM150~200
　　SFR技術(shù)上有待解決的問題：

　　·99的錒系元素能夠再輪回；

　　·燃料輪回的產(chǎn)物具有很高的濃縮度，不容易向情況釋放放射性；

　　·在燃料輪回的任何階段都沒法分手出钚元素；

　　·完成燃料數(shù)據(jù)庫，包括用新燃料輪回工藝制造的燃料的放射性能數(shù)據(jù)；

　　·研發(fā)在役檢測(cè)和在役維修技術(shù)；

　　·確保對(duì)所有的設(shè)計(jì)基本初因事務(wù)，包括ATWS都有非能動(dòng)的平安響應(yīng)；

　　·下降投資。

3.6鉛冷快堆（LFR）

　　LFR是采用鉛或鉛/鉍共熔低熔點(diǎn)液態(tài)金屬冷卻的快堆。燃料輪回為閉式，可實(shí)現(xiàn)鈾238的有用轉(zhuǎn)換和錒系元素的有用經(jīng)管。

　　LFR采用完全錒系再輪回燃料輪回，設(shè)置地域燃料輪回支持中心負(fù)責(zé)燃料供給和后處置�？梢赃x擇一系列分歧的電廠容量：50~150MWe級(jí)、300~400MWe級(jí)和1200MWe級(jí)。燃料是包括增殖鈾或超鈾在內(nèi)的金屬或氮化物。LFR采用自然輪回冷卻，反應(yīng)堆出口冷卻劑溫度550℃，采用進(jìn)步前輩材料則可達(dá)800℃。在這類高溫下，可用熱化學(xué)進(jìn)程來制氫。

　　50~150MWe級(jí)的LFR是小容量交鑰匙機(jī)組，可在工場(chǎng)建造，以閉式燃料輪回運(yùn)行，配備有換料周期很長(zhǎng)（15~20年）的盒式堆芯或可更換的反應(yīng)堆模塊。其特征合適小電網(wǎng)的電力生產(chǎn)需求，也適用于那些不準(zhǔn)備在本土建立燃料輪回工程來支持其核能工程的成長(zhǎng)中國家。這類工程可作為小型渙散電源，也可用于其它能源生產(chǎn)，包括氫和飲用水的生產(chǎn)。

　　鉛在常壓下的沸點(diǎn)很高，熱傳導(dǎo)能力較強(qiáng)，化學(xué)活性基本為惰性，和中子吸收和慢化截面都很小。鉛冷快堆除具有燃料資本哄騙率高和熱效率高等優(yōu)點(diǎn)外，還具有很好的固有平安和非能動(dòng)平安特征。是以，鉛冷快堆在未來核能工程的成長(zhǎng)中可能具有較年夜的開發(fā)前景。

表7LFR主要參數(shù)參考值

50~150MWe級(jí)
（近期）300~400MWe級(jí)1200MWe級(jí)50~150MWe級(jí)
（遠(yuǎn)期）冷卻劑鉛/鉍鉛/鉍鉛鉛堆芯出口溫度（℃）～550～550～550750~800壓力（年夜氣壓）1111熱功率（MWt）125~400～燃料金屬合金或氮化物金屬合金氮化物氮化物包殼鐵酸鹽鐵酸鹽鐵酸鹽陶瓷包覆或
難熔合金平均燃耗（GWD/MTHM）～100～100~150100~150100轉(zhuǎn)換比111.0~1.021柵格開式開式夾雜開式主回路流體輪回方式自然輪回強(qiáng)制輪回強(qiáng)制輪回自然輪回　　技術(shù)上有待解決的問題：

　　·堆芯材料的兼容性；

　　·導(dǎo)熱材料的兼容性；

　　·在化學(xué)、熱力、結(jié)構(gòu)兼容（包括原始數(shù)據(jù)和整體實(shí)驗(yàn)）的根蒂根基上選擇一種可行的燃料、包殼和冷卻劑的組合；

　　·憑據(jù)選定的燃料、包殼和冷卻劑的組合，制定核燃料再輪回、再加工和核廢物處置方針；

　　·斟酌到冷卻劑密度跨越部件密度，要研究堆結(jié)構(gòu)、支持和換料的初步概念設(shè)計(jì)方針；

　　·傳熱部件設(shè)計(jì)所需的根蒂根基數(shù)據(jù)；

　　·結(jié)構(gòu)的工場(chǎng)化制造能力及其成本效益分析；

　　·冷卻劑的化學(xué)檢測(cè)和控制技術(shù)；

　　·開發(fā)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)以哄騙能量轉(zhuǎn)換裝配方面的最新成長(zhǎng)；

　　·研發(fā)核熱源和不采用蘭金（Rankine）輪回的能量轉(zhuǎn)換裝配間的耦合技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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