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核二三事 | 反应堆慢化剂

核二三事 | 反应堆慢化剂 武昌造船
2019-10-12
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导读:核二三事——反应堆慢化剂



◎作者丨军工二部  彭劲松



核安全是新时代国家安全的重要组成部分,核安全文化是核能与核技术利用实践经验的总结,是核安全大厦的基石,培育和建立核安全文化则是发展核事业的必然要求。


本期向大家介绍:反应堆慢化剂



反应堆内裂变产生的中子都是快中子,在热中子反应堆内,需要把裂变中子慢化成热中子,因此热中子反应堆内必须有足够的慢化剂,以便使裂变产生的快中子能够充分慢化成热中子,使裂变链式反应得以维持。对慢化剂的要求是:(1)中子吸收截面小,质量数低,散射截面大; (2)热稳定性及辐射稳定性好; (3)传导性能好; (4)密度高; (5)价格便宜,容易加工。


在反应堆内还应有反射层,使逸出的中子反弹回到堆芯中,这样可减少中子损失,节省燃料消耗,减小堆芯临界体积,从而能改善堆芯及其边界的中子通量和功率分布,增大输出功率,提高反应堆的经济性。就中子慢化和反射层的作用而言,良好的慢化剂也是较好的反射层材料,因为二者都要求采用质量轻、中子散射截面大、吸收截面小的材料,以便保证对中子多碰撞少吸收,同时也能起到把泄漏的中子弹回到堆芯的作用。因此慢化剂和反射层材料大多采用同一材料。例如压水堆的水,既是冷却剂又兼有慢化剂和反射层的作用。


常用的慢化剂可分为两大类:固体慢化剂和液体慢化剂。常用的固体慢化剂为石墨、铍及氧化铍等;液体慢化剂为普通水和重水。


1、石墨


▲石墨


石墨是碳的结晶形态之一,它用石油焦或者煤沥青焦作为原料,加入粘合剂,经过压制而成。经过多次的浸渍和焙烧,在3000C左右的温度下进行石墨化处理,得石墨制品。石墨化学稳定性好,吸收截面小,是热中子反应堆中最常见的慢化剂,它的生产工艺比较成熟,应用也比较广泛,但堆用石墨的性能要求比非核用的要求高。如纯度高、强度高、耐辐照、热导率高。


2、铍和氧化铍


▲氧化铍


铍是一种很轻的碱土金属,中子吸收面积小,散射截面大,因此镀是较好的中子慢化和反射层材料,其慢化能力优于石墨,适用于较小的反应堆。铍的高温强度好,且有较强的抗腐蚀能力,也适用于高温反应堆。但皱较脆、难于加工、辐照稳定性差、造价昂贵,因此给镀的广泛应用带来了困难。


氧化铍是陶瓷材料,它的热中子吸收截面小,慢化能力大,可在液态金属反应堆和高温液态气冷堆中作慢化剂、反射层及核材料基体。氧化铍具有良好的化学稳定性,在高温液态金属,及二氧化碳、He、氢气、氧气中都是稳定的。但在湿空气中加热时会生成有毒性的氢氧化铍挥发物,氧化铍比金属铍难于加工,这些问题使氧化铍的使用受到一定限制。


3、重水


▲重水堆


重水是由一个氧原子和两个氘原子组成的化合物(D.0),氘(D)是氢(H)的同位素。重水是很好的慢化剂,它的中子吸收截面很低,大约是水的1/200。因此重水可以采用天然铀燃料使反应堆达到临界。在相同情况下,重水的逃脱共振吸收概率及热中子利用系数都比石墨大。重水的热中子俘获截面小,慢化比高,是最佳的慢化剂材料。


END


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【1】核二三事 | 可以在核燃料水池游泳吗?
【2】核二三事 | 我国为国际核安全做出的贡献
【3】核二三事 | 核安全体制和队伍建设需求
【4】核二三事 |核安全文化的建设目的
【5】核二三事 | 核反应堆固有安全性



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