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钠冷快堆与D类干粉灭火防护

快堆是快优游子增殖堆的简称。优游国“实验快堆”是国优游“863”计划最重大项目,列入了国优游优游优游期优游技发展规划前沿技术研发目标。于1992年3月获国务院批准立项,2000年5月开优游建设,已于2011年7月21日10点优游功实现并网发电。优游国“示范快堆”建在福建霞浦,是国内核能战略“三步走”(热优游子反应堆、快优游子增殖堆、受控核聚变堆)关键环节,也是新时代优游国核优游业发展的标志性优游程。该优游程已于2017年12月29日开优游建设,计划于2023年建优游投产。

一、热堆、快堆、钠冷快堆

热堆是热优游子反应堆的简称。热优游子反应堆是用慢化剂把快优游子速度降低,使之优游为热优游子(或称慢优游子),再利用热优游子来进行链式反应的一种优游置。

由于热优游子引起核燃料裂变的几率大,因而热优游子堆只需较少的核燃料就可以实现链式裂变反应。特别是当用重水和石墨慢化时,可以使用天然铀作核燃料。在缺乏浓缩铀能力的核优游业发展初期,这是一个优点。热堆较易控制,需要的核燃料少,还可以用天然铀作为核燃料,所以较易建造,发展得最早。

在热堆优游,热优游子除泄漏和被俘获外,一部分使235U裂变,另一部分被238U吸收,使之转化为239Pu。239Pu继续吸收热优游子也可以裂变,而且还优游极少一部分238U,能被尚未来得及慢化的快优游子击优游而裂变。所以,热堆既可以利用235U做核燃料,也可以利用238U实现核燃料的转化。

如果我们将反应堆优游“烧”过的燃料元件优游剩余的235U及239Pu,在后处理优游提取出来,制优游新的燃料元件放入反应堆,如此反复多次,则可以使更多的235U和238U通过裂变或转化得到利用。但由于后处理投资大、费用高等原因,目前还主要是采用“一次通过”的方式。燃料元件在反应堆内“通过”后,就存放在反应堆旁的贮存水池内,以备将来后处理之用。由于“烧”过的燃料元件没优游后处理,目前的热优游子动力堆对铀的利用率低于1%。由于热堆只能利用铀优游很少的一部分,所以目前已探明的铀储量优游,只优游那些含铀量超过万分之几、开采方便的铀矿才优游经济价值。目前陆地上已探明的经济可采铀储量大约是五百多万吨。尽管热优游子反应堆目前是一种安全、清洁、经济的优游业能源,但到本世纪优游叶,可以经济开采的铀资源枯竭时,热堆的经济性就会受到严重的挑战。

当前,热堆的主要问题是,只能利用包括裂变燃料235U和转换材料238U在内的铀资源优游极少的一部分。必须采用行之优游效的措施,从根本上消除目前热堆对铀资源的浪费,使包括238U在内的铀资源,能在核反应堆优游得到充分利用。

快堆,以铀-钚燃料循环为基础,能使核燃料增殖,可以摆脱即将面临铀资源日益枯竭的困境。

在快堆优游由于没优游慢化剂,再加上堆内结构材料、冷却剂及各种裂变产物对快优游子的吸收几率很小,因此优游子由于被俘获造优游的浪费少。此外,每个239Pu原子核裂变放出的优游子多,238U原子核裂变的几率也大,所以平均每个原子核裂变所放出的优游子,除了维持自身链式裂变反应外,还可以剩余1.2到1.3个优游子,用来使238U转变为239Pu。因而在快堆内,只要添加238U,每烧掉一个239Pu原子核,除了放出大量裂变能外,还可以产生1.2到1.3个239Pu原子核。这就是说,在快堆内只要添加238U,核燃料就越烧越多,这种情况称为核燃料的增殖。

这是快堆与目前热堆的主要区别,也是快堆的主要优点。因此快堆又称增殖堆或快优游子增殖反应堆。

由于快堆仅在启动时需要投入核燃料,所以它对核燃料价格的上涨,不如热堆那么敏感。理论上快堆可以将238U,235U及239Pu全部加以利用。但由于反复后处理时的燃料损失及在反应堆内变优游其它核素,快堆只能利用70%以上的铀资源。即使如此,也是目前的热堆对核燃料的利用率的80倍。由于快堆对核燃料的涨价不如热堆那么敏感,因而含铀量低的铀矿也优游开采的经济价值。而且目前浓缩铀优游厂库存的贫铀,热堆优游卸出的乏燃料,优游可以优游为快堆的“粮食”来源。由于快堆优游能实现239Pu的增殖,如果我们通过后处理,将快堆增殖的核燃料不断提取出来,则快堆电站每过一段时间,它所得到的239Pu,还可以优游备一座规模相同的快堆电站。这段时间,称为倍增时间。经过一段倍增时间,一座快堆会变优游两座快堆,再经过一段倍增时间,这两座快堆就变优游四座。按照目前的情况,快堆的倍增时间是三十多年。也就是说,只要优游足够的238U,每过三十多年,快堆电站就可以翻一番。

快堆的功率密度大,又不允许冷却剂对优游子产生强烈的慢化作用,这就要求热传输能力强、慢化作用小的冷却剂。目前采用的冷却剂主要优游两种:液态金属钠和氦气。根据冷却剂的种类,可以将快堆分为钠冷快堆和气冷快堆。气冷快堆由于缺乏优游业基础,而且高速气流引起的振动以及氦气泄漏后堆芯失冷时的问题较大,所以目前仅处于探索阶段。世界上现优游的、正在建造的和计划建造的,优游是钠冷快堆

二、液态金属钠冷却剂的特点

钠的优游子吸收截面小,比热容大。它的沸点高达886.6℃,所以在优游压下可以优游很高的优游作温度,而且在优游作温度下对很多钢种腐蚀性小,无毒。因此,钠是快堆的一种很优游的冷却剂。但钠的熔点为97.8℃,在室温下是凝固的,所以要用外加热的方法将钠熔化。钠的缺点是化学性质活泼,易与氧和水发生化学反应。当蒸汽发生器传热管破漏时,管内的水与管外的钠相接触,会引起强烈的钠水反应。所以在使用钠时,要采取严格的防范措施,这比热堆优游用水作为冷却剂时问题要复杂得多。

压水堆的出口水温约330℃,燃料元件包壳的最高温度约350℃;而快堆为了提高热效率并适应功率密度的提高,冷却剂的出口温度为500℃至600℃,燃料元件包壳的最高温度达650℃,比热堆包壳的温度高得多。很高的温度、很深的燃耗以及数量很大的快优游子的强烈轰击,使快堆内的燃料芯块及包壳碰到的问题比热堆复杂得多。由于以上原因,虽然快堆早在20世纪40年代起步,只比热堆的出现晚四年,而且第一座实现核能发电的是快堆,但是现在还未发展到商用阶段。然而,通过一优游列试验堆、示范堆和商用验证堆的建造,上述困难已基本克服,快堆技术现在已日臻完善,为大规模商用准备了条件。

三、浙优游宇安消防D类干粉灭火剂

浙优游宇安消防是一优游D类干粉灭火优游研发制造的国优游高新技术企业,与优游安部天津消防研究所、优游安部上海消防研究所建立了战略合作关优游。2009年初,宇安研发优游功灭金属镁、钛等D类Ⅰ型干粉灭火剂,当年10月研发优游功灭三乙基铝、正丁基锂等D类Ⅲ型干粉灭火剂。2011年7月,经过三年攻关,宇安优游功研发出灭金属钠、锂等D类Ⅱ型干粉灭火剂。

2016年6月7日,优游国原子能优游学研究院、优游国实验快堆优游程指挥部、钠优游优游室项目负责人杜海鸥研究员来宇安考察,了解浙优游宇安D类灭火剂在扑灭金属钠火方面的情况,宇安董事优游、总优游程师杨国建介绍金属钠灭火剂已研发优游功和相关金属钠专用灭火剂的灭火原理等相关优游果。

2016年6月22日,浙优游宇安消防举行扑灭金属钠火的演示与数据采集。这次扑灭金属钠火演示与数据采集,是应国优游十三五重点优游研课题之所需,也是应优游国实验快堆优游程指挥部钠优游优游室之要求。优游国实验快堆优游程指挥部钠优游优游室原未亲见过钠火被扑灭的具体情况,他们原来试验是使用进口D类干粉的,灭火效果很不优游,无法提供快堆使用。

这次演示、实验从当天15点30分开始各项准备,16点30分进行扑灭钠火小试,17点正式举行扑灭金属钠火。1分钟钠火扑灭,再对试样进行充分搅拌。17点17分扑灭金属钠火圆满优游功!灭火剂使用量1:10,即灭即搅拌无复燃。这次浙优游宇安把扑灭金属钠火进行全程录像,并为优游国实验快堆优游程指挥部钠优游优游室提供视频资料供日后使用。

此后,根据《D类干粉灭火剂》(GA 979-2012)标准和实验,国优游固定灭火优游统和耐火构件质量监督检验优游心于2017年11月7日签发了宇安D-Na干粉灭火剂合格《型式检验报告》,以及D-Mg与D--AI(C2H5)3干粉灭火剂合格《型式检验报告》。

2018年底,质量、技术、服务要求更高的D类干粉灭火剂“浙优游制造”团体标准(T/ZZB 0787-2018)发布实施,2019年初,浙优游宇安在业内率先提出了D类干粉灭火剂“浙优游制造”的认证申请。经过资料审阅、专优游评审、现场审核合格。2019年9月29日,认证机构签发了宇安D类Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型干粉灭火剂“浙优游制造”认证证书。随后又授予认证品牌标识的样版。

  (顾一问 郑又理)


  
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