【美國《核新聞》2002年11月刊報道】 2002年9月20日美國能源部部長宣布，美國、阿根廷、巴西、加拿大、法國、日本、韓國、南非、瑞士、英國等10個國家已同意開發(fā)6種第四代核反應堆概念。協(xié)議是在2002年9月19～20日在東京召開的第四代核反應堆國際論壇（GIF）的一次會議上達成的。
要開發(fā)的6種能源概念是：
·氣冷快堆系統(tǒng)
·鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)
·熔鹽反應堆系統(tǒng)
·液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)
·超臨界水冷堆系統(tǒng)
·超高溫氣冷堆系統(tǒng)
氣冷快堆系統(tǒng)（GFR） GFR系統(tǒng)是快中子譜氦冷反應堆，采用閉式燃料循環(huán)。像熱中子譜氦冷堆一樣，氦冷卻劑出口的高溫，使它能發(fā)電、生產(chǎn)氫或高效率處理熱。參考反應堆是288 MWe的氦冷系統(tǒng)，出口溫度為850℃，為獲得高的熱效率，使用布雷頓循環(huán)燃氣輪機。
為使反應堆能在高溫下運行并確保很好地貯留裂變產(chǎn)物，有下列幾種燃料形式可選：復合陶瓷燃料、先進燃料顆粒或錒系元素混合物陶瓷包殼元件。堆芯布局可以是棱柱塊狀或者是針狀或板狀燃料組件。GFR參考堆有一個一體化的場內(nèi)乏燃料處理和再處理廠。
GFR采用直接循環(huán)氦氣輪機發(fā)電，或采用其工藝熱進行氫的熱化學生產(chǎn)。通過綜合利用快中子譜與錒系元素的完全再循環(huán)，GFR將長壽命放射性廢物的產(chǎn)生量降到最低。GFR的快中子譜還使它能利用現(xiàn)有的裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料（包括貧鈾），因為這些材料比采用一次通過式燃料循環(huán)的熱中子譜的效率高得多。
鉛合金液態(tài)金屬冷卻快堆系統(tǒng)（LFR） LFR是快中子譜鉛或鉛/鉍共晶液態(tài)金屬冷卻堆，并采用閉式燃料循環(huán)，以實現(xiàn)可轉(zhuǎn)換鈾的有效轉(zhuǎn)化并控制錒系元素。該系統(tǒng)在中心或地區(qū)燃料循環(huán)設施中實施有完全再循環(huán)錒系元素的燃料循環(huán)。
可以在一系列電廠額定功率中進行選擇，包括一個換料間隔很長的50～100 MWe的電池組、額定功率在300～400 MWe的模塊系統(tǒng)，以及一個1200 MWe的大型整體電廠方案?！半姵亟M”指的是工廠制造的長壽命堆芯，而不是進行電化學能量轉(zhuǎn)化的電池。
燃料是含有可轉(zhuǎn)換鈾和超鈾元素的金屬或氮化物燃料。LFR靠自然對流冷卻，反應堆出口冷卻劑溫度為550℃，若采用先進材料可能會達到800℃。較高的溫度可以采用熱化學工藝生產(chǎn)氫。
LFR電池組是一個小型的工廠制造的交鑰匙電廠，在閉式燃料循環(huán)下運行，換料間隔長達15～20年，采用盒式堆芯或可更換的反應堆模塊。它是為滿足市場上對小電網(wǎng)發(fā)電的需求以及為不希望使用國內(nèi)燃料循環(huán)基礎設施支持其核能系統(tǒng)的發(fā)展中國家而設計的。電池組系統(tǒng)設計用于生產(chǎn)電力和其它能源產(chǎn)品，包括氫和淡水。
熔鹽反應堆系統(tǒng)（MSR） MSR系統(tǒng)在超熱中子譜堆的循環(huán)熔鹽燃料混合物中生產(chǎn)裂變能，采用對錒系元素實施完全再循環(huán)的燃料循環(huán)。在MSR系統(tǒng)中，燃料是鈉、鋯和氟化鈾的循環(huán)液體混合物。熔鹽燃料流經(jīng)堆芯石墨通道，產(chǎn)生超熱中子譜。熔鹽產(chǎn)生的熱量通過中間熱交換器傳到二回路，然后經(jīng)過末期熱交換器傳到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。參考電廠的功率水平為1000 MWe。該系統(tǒng)冷卻劑的出口溫度為700℃，可能會達到800℃，從而提供更高的熱效率。
閉式燃料循環(huán)能適用于有效地燃燒钚和次錒系元素。MSR的液體燃料允許增加像钚這樣的錒系元素，并且可以避免需要制造燃料。錒系元素和大多數(shù)裂變產(chǎn)物在液態(tài)冷卻劑中形成氟化物。熔融的氟鹽具有很好的傳熱特性和可以降低對壓力容器和管道壓力的非常低的蒸汽壓力。
液態(tài)鈉冷卻快堆系統(tǒng)（SFR） SFR系統(tǒng)是快中子譜鈉冷堆，采用可有效控制錒系元素及可轉(zhuǎn)換鈾的轉(zhuǎn)化的閉式燃料循環(huán)。該燃料循環(huán)采用完整的錒系元素再循環(huán)，有兩個主要方案：
·中等規(guī)模（150～500 MWe）的鈉冷堆，使用鈾－钚－次錒系元素－鋯合金燃料，并采用在與反應堆相結(jié)合的設施中以高溫冶金處理為基礎的燃料循環(huán)；
·中到大規(guī)模（500～1500 MWe）的鈉冷堆，使用鈾－钚氧化物燃料，采用位于服務于若干個反應堆的中心地點、以先進水處理為基礎的燃料循環(huán)。
兩種方案的出口溫度約為550℃。
SFR設計用于管理高放廢物，尤其是管理钚和其它錒系元素。該系統(tǒng)重要的安全特點包括：熱響應時間長；至冷卻劑沸騰的裕度大、一回路系統(tǒng)在接近大氣壓下運行；以及在一回路的放射性鈉與電廠的水和蒸汽之間有中間鈉系統(tǒng)。在以降低總投資為目的的革新之后，SFR可以向市場提供電力。SFR的快中子譜還使它能利用現(xiàn)有的裂變材料和可轉(zhuǎn)換材料（包括貧鈾），因為這些材料比采用一次通過式燃料循環(huán)的熱中子譜的效率高得多。
超臨界水冷堆系統(tǒng)（SCWR） SCWR系統(tǒng)是高溫、高壓水冷堆，在水的熱力學臨界點（374℃、22.1 MPa）以上運行。超臨界水冷卻劑能使熱效率比現(xiàn)在的輕水堆高約1/3，此外還簡化了電廠配套設施。
電廠配套設施大大簡化的原因是，冷卻劑在反應堆中不改變狀態(tài)，直接與能量轉(zhuǎn)換設備相連接。參考系統(tǒng)的功率為1700 MWe，運行壓力是25 MPa，反應堆出口溫度為510℃?？赡軙_到550℃。燃料是鈾氧化物。采用了類似于簡化沸水堆中的非能動安全設施。
SCWR系統(tǒng)主要設計用于有效的電力生產(chǎn)，它的堆芯設計方案有兩個：熱中子譜或快中子譜，在此基礎上，SCWR系統(tǒng)可以選擇一種錒系管理方案。因此，該系統(tǒng)提供了兩種燃料循環(huán)方案：
·在熱中子譜堆上的開式循環(huán)；
·在快中子譜堆上的閉式循環(huán)，在中心位置以先進水處理為基礎對錒系元素實施完全再循環(huán)。
超高溫氣冷堆系統(tǒng)（VHTR） VHTR是采用一次通過式鈾燃料循環(huán)的石墨慢化氦冷堆。它提供熱量，堆芯出口溫度為1000℃，使得它可以為石油化工或其它行業(yè)生產(chǎn)氫或工藝熱。參考堆采用600 MWt的堆芯，與中間熱交換器相連接，傳遞工藝熱。
反應堆堆芯是棱柱塊狀堆芯，例如運行中的日本HTTR（高溫工程試驗堆），或球床堆芯，例如運行中的中國HTR-10（高溫氣冷堆）。在氫生產(chǎn)方面，該系統(tǒng)提供能被熱化學碘－硫工藝有效使用的熱。
VHTR系統(tǒng)要被設計成一個高效系統(tǒng)，為很大范圍的高溫、耗能的非電工藝提供工藝熱。該系統(tǒng)中可以加入發(fā)電設備，以滿足熱電聯(lián)供的需求。該系統(tǒng)在采用鈾/钚燃料循環(huán)提供改進后的廢物量最小化方面具有靈活性。因此VHTR可提供廣泛的工藝熱應用，并且是一種高效電力生產(chǎn)方案，同時保留了模塊高溫氣冷堆所具有的理想的安全特點。
本站僅提供存儲服務，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請
點擊舉報。
