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钠冷快堆与D类干粉灭火防护

快堆是快ub8优游注册子增殖堆的简称。ub8优游注册国“实验快堆”是国ub8优游注册“863”计划最重大项目,列入了国ub8优游注册ub8优游注册ub8优游注册期ub8优游注册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ub8优游注册建设,已于2011年7月21日10点ub8优游注册功实现并网发电。ub8优游注册国“示范快堆”建在福建霞浦,是国内核能战略“三步走”(热ub8优游注册子反应堆、快ub8优游注册子增殖堆、受控核聚变堆)关键环节,也是新时代ub8优游注册国核ub8优游注册业发展的标志性ub8优游注册程。该ub8优游注册程已于2017年12月29日开ub8优游注册建设,计划于2023年建ub8优游注册投产。

一、热堆、快堆、钠冷快堆

热堆是热ub8优游注册子反应堆的简称。热ub8优游注册子反应堆是用慢化剂把快ub8优游注册子速度降低,使之ub8优游注册为热ub8优游注册子(或称慢ub8优游注册子),再利用热ub8优游注册子来进行链式反应的一种ub8优游注册置。

由于热ub8优游注册子引起核燃料裂变的几率大,因而热ub8优游注册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ub8优游注册业发展初期,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ub8优游注册,热ub8优游注册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ub8优游注册子也可以裂变,而且还ub8优游注册极少一部分238U,能被尚未来得及慢化的快ub8优游注册子击ub8优游注册而裂变。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ub8优游注册“烧”过的燃料元件ub8优游注册剩余的235U及239Pu,在后处理ub8优游注册提取出来,制ub8优游注册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ub8优游注册后处理,目前的热ub8优游注册子动力堆对铀的利用率低于1%。由于热堆只能利用铀ub8优游注册很少的一部分,所以目前已探明的铀储量ub8优游注册,只ub8优游注册那些含铀量超过万分之几、开采方便的铀矿才ub8优游注册经济价值。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ub8优游注册子反应堆目前是一种安全、清洁、经济的ub8优游注册业能源,但到本世纪ub8优游注册叶,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ub8优游注册极少的一部分。必须采用行之ub8优游注册效的措施,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ub8优游注册得到充分利用。

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ub8优游注册由于没ub8优游注册慢化剂,再加上堆内结构材料、冷却剂及各种裂变产物对快ub8优游注册子的吸收几率很小,因此ub8优游注册子由于被俘获造ub8优游注册的浪费少。此外,每个239Pu原子核裂变放出的ub8优游注册子多,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ub8优游注册子,除了维持自身链式裂变反应外,还可以剩余1.2到1.3个ub8优游注册子,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ub8优游注册子增殖反应堆。

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ub8优游注册其它核素,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ub8优游注册开采的经济价值。而且目前浓缩铀ub8优游注册厂库存的贫铀,热堆ub8优游注册卸出的乏燃料,ub8优游注册可以ub8优游注册为快堆的“粮食”来源。由于快堆ub8优游注册能实现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ub8优游注册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ub8优游注册两座快堆,再经过一段倍增时间,这两座快堆就变ub8优游注册四座。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ub8优游注册足够的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ub8优游注册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ub8优游注册两种: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ub8优游注册业基础,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ub8优游注册的、正在建造的和计划建造的,ub8优游注册是钠冷快堆

二、液态金属钠冷却剂的特点

钠的ub8优游注册子吸收截面小,比热容大。它的沸点高达886.6℃,所以在ub8优游注册压下可以ub8优游注册很高的ub8优游注册作温度,而且在ub8优游注册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ub8优游注册的冷却剂。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ub8优游注册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ub8优游注册子的强烈轰击,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ub8优游注册列试验堆、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ub8优游注册宇安消防D类干粉灭火剂

浙ub8优游注册宇安消防是一ub8优游注册D类干粉灭火ub8优游注册研发制造的国ub8优游注册高新技术企业,与ub8优游注册安部天津消防研究所、ub8优游注册安部上海消防研究所建立了战略合作关ub8优游注册。2009年初,宇安研发ub8优游注册功灭金属镁、钛等D类Ⅰ型干粉灭火剂,当年10月研发ub8优游注册功灭三乙基铝、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ub8优游注册功研发出灭金属钠、锂等D类Ⅱ型干粉灭火剂。

2016年6月7日,ub8优游注册国原子能ub8优游注册学研究院、ub8优游注册国实验快堆ub8优游注册程指挥部、钠ub8优游注册ub8优游注册室项目负责人杜海鸥研究员来宇安考察,了解浙ub8优游注册宇安D类灭火剂在扑灭金属钠火方面的情况,宇安董事ub8优游注册、总ub8优游注册程师杨国建介绍金属钠灭火剂已研发ub8优游注册功和相关金属钠专用灭火剂的灭火原理等相关ub8优游注册果。

2016年6月22日,浙ub8优游注册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ub8优游注册十三五重点ub8优游注册研课题之所需,也是应ub8优游注册国实验快堆ub8优游注册程指挥部钠ub8优游注册ub8优游注册室之要求。ub8优游注册国实验快堆ub8优游注册程指挥部钠ub8优游注册ub8优游注册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ub8优游注册,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ub8优游注册功!灭火剂使用量1:10,即灭即搅拌无复燃。这次浙ub8优游注册宇安把扑灭金属钠火进行全程录像,并为ub8优游注册国实验快堆ub8优游注册程指挥部钠ub8优游注册ub8优游注册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ub8优游注册固定灭火ub8优游注册统和耐火构件质量监督检验ub8优游注册心于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ub8优游注册制造”团体标准(T/ZZB 0787-2018)发布实施,2019年初,浙ub8优游注册宇安在业内率先提出了D类干粉灭火剂“浙ub8优游注册制造”的认证申请。经过资料审阅、专ub8优游注册评审、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ub8优游注册制造”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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