簡介
微堆微堆是微型中子源反應堆的簡稱,是一種小型、低功率、固有安全性好、容易操作的反應堆裝置,可以建設在大中城市人口稠密的大學、科研單位等,能夠廣泛套用於中子活化分析、放射性同位素製備、教學培訓、反應堆物理實驗及儀器考驗。20世紀80年代,原子能院成功開發了中國第一座原型微堆,並在此後為國內外用戶設計和建造了8座微堆。
微堆低濃化改造涉及堆芯物理設計、結構設計、燃料組件設計製造、裝卸料、乏燃料管理、反應堆實驗調試等諸多環節。
由於低濃鈾堆芯的燃料芯體和包殼材料與之前的不同,其熱工、物理性能等也均有較大不同,須重新進行物理、熱工和結構設計,且只能在原有小尺寸的堆芯空間內作出合理調整,從而使設計難度大大增加。
研發歷史
中國的微堆研究建造可追溯到20世紀70年代末、80年代初。
經過多種物理設計方案的理論計算和零功率實驗驗證。1984年3月,原子能院自主開發設計建造的中國第一座微堆順利建成並投入滿功率運行。
設計開發一個新的核反應堆通常是一個漫長、耗費巨大的過程。為了滿足反應堆技術對安全性、可靠性、經濟性、可持續性的要求,對反應堆工程的研究、設計、建造、運行、延壽、退役等方面均提出了新的挑戰。
需要開展大量的材料和燃料研究、熱工流體和物理試驗,進行協同設計和最佳化;希望降低初期建造投資並減少建造周期,降低燃料成本,減少核廢料的產生,保證各種環境條件下的安全運行;需要開展大量的反應堆安全評價工作,最佳化退役流程,減少放射性廢物和對環境的影響。
優勢特點
一般而言,數字反應堆有三大優勢:降低反應堆工程建設成本、提高反應堆安全性、協助促進核廢物最小化。基於在反應堆工程基礎技術和設計開發方面的雄厚經驗,以及在反應堆研究、設計和安全分析軟體方面的領先技術,原子能院一直致力於開發先進的數字反應堆技術,首先在數字微堆(數字微型中子源反應堆)方面獲得突破。數字微堆採用三維建模、蒙卡方法、計算流體力學、禁止計算、燃料性能分析、系統瞬態分析、虛擬現實等先進設計技術,構建了一個虛擬數字反應堆集成開發環境,在該環境下可進行微堆“沉浸式”全廠漫遊和設備展示,以及對安裝、首次臨界、運行、套用、退役和安全等全方位的模擬仿真,可為設計人員、建造人員、運行人員、維修人員、參觀者等各類人員帶來“所見及所得”的真實體驗。數字微堆更加直觀地展現出微堆結構簡單、易於操作和固有安全性好等優點,可大大提高公眾對微堆的認知度和接受度。採用數字微堆技術後,新設計和建造一個微堆將顯著縮短建設周期,節省建設投資,並可為用戶提供數位化運行和維修的培訓和教學系統,這將為微堆走出國門插上數位化的翅膀,為和平利用原子能做出更大的貢獻。後續原子能院將加快開發各種類型數字反應堆,為中核集團正在推進的數字核工業技術增添新的內容,也將助力研究堆更快、更好地走出去。研究進展
加納微堆是原子能院於1995年通過國際原子能機構技術合作項目為加納設計、建造的該國第一座研究堆,採用高濃鈾為燃料,其建成為加納核技術人員的培訓等工作發揮了積極作用。
2013年,經國際原子能機構(IAEA)、美國能源部(DOE)、加納和中國協商一致,由中國牽頭承擔對加納微堆進行低濃化燃料改造。自2015年簽署正式契約開始,原子能院就開始了加納微堆的低濃化改造工作。
2016年7月27日上午,加納微堆低濃鈾堆芯在中國原子能科學研究院成功實現零功率實驗首次臨界。這是繼中國在2016年3月完成首座微堆低濃化改造、實現滿功率運行後,在踐行國際承諾、推廣減少高濃鈾合作模式層面取得的又一項重大進展。
2016年7月29日中核集團中國原子能科學研究院院在數字反應堆領域取得最新進展,成功開發出數字微堆系統。這標誌著中國已經全面掌握了數字微堆技術,也標誌著中核集團在數字反應堆技術開發領域取得了重要突破。