液態金屬燃料反應堆

液態金屬燃料反應堆是用含有易裂變物質的液態金屬或液態合金作燃料的反應堆。液態金屬燃料的導熱性能好，不存在輻照腫脹間題，堆芯結構簡單，可 以在高溫低壓下運行。必須對金屬燃料加熱，使其處於熔融狀態。

液態金屬反應堆由反應堆、一迴路、中間迴路、二迴路和推進軸系所組成。

基本介紹

• 中文名：液態金屬燃料反應堆
• 外文名：LMFR liquid metal fuel reactor
• 特點：堆芯燃料為液態金屬
• 學科：核工程
• 實例：Brookhaven L.M.F.R.
• 優點：低燃料消耗

運行方式

液態金屬反應堆由反應堆、一迴路、中間迴路、二迴路和推進軸系所組成。早期的載熱劑採用熔融的金屬如鈉、鉀、鉍、鉛及其合金。在一迴路中用熔融金屬鈉循環載熱，運行壓力只有5～7大氣壓，就可獲得較高的溫度，裝置效率較高。一迴路主泵採用電磁泵，由於沒有轉動部件，故可靠性高。中間迴路採用鈉、鉀作載熱劑。一迴路向中間迴路傳熱是通過中間熱交換器，中間迴路將反應堆的熱量再通過蒸汽發生器傳給二迴路，在蒸汽發生器中產生過熱蒸汽（由飽和蒸汽進一步加熱而得）。

特點

液態金屬堆用石墨和鈹作慢化劑，用中能中子維持鏈式反應，其優點是燃料的消耗比熱中子反應堆低。

液態金屬堆的缺點是核燃料的初裝量相對較多。金屬鈉吸收中子蛻變為鈉-21，半衰期約為15小時，並生成發射高能γ的鈉同位素，所以一迴路的設備和管道都要禁止。為防止液態的金屬鈉在管道和設備內凝結，反應堆停堆後還需保溫和加熱。此外，金屬鈉具有強烈的腐蝕性，與水會發生劇烈反應，可能會引起爆炸和火災。

套用實例

美國建造的洛斯阿拉莫斯熔融鈽反應堆試驗裝置(LAMPRE)是液態金屬燃料反應堆，這是快中子堆，用的燃料是把90Pu一10FeUoo合金裝入金屬管中的類型。由於是快堆，所以在選擇燃料合金成分的時候，由中子吸收截面所帶來的限制比熱中子液態金屬燃料反應堆(LMFa)要少。這個反應堆是用冷卻劑鈉進行循環的。但是在這種類型的燃料中，腐蝕(物質遷移)還是最大的問題。根據各種腐蝕試驗結果，選擇了添加鎢的鉭作為燃料管的材料。這個反應堆在1961年達到臨界，到三年後停堆時為止，達到了0.7%的燃耗深度。燃料溫度達到450℃以上。在與這個反應堆大致相同的時期，又制定了一個堆方案，採用了相同的鈽一鐵燃料、鉭容器和鈉冷卻劑。它是增殖堆，叫做洛斯阿拉莫斯熔融鈽反應堆試驗裝置一II(LAMPRE-1I)。計畫採用鈾一鉬合金或具有流動性的鈾一鈉糊劑作為增殖材料。但是還沒有到達建堆的程度。

布魯克海文的液態金屬燃料反應堆(Brookhaven L.M.F.R.)是一個由5尺高的直圓柱體石墨活性區所褪成的熱中子反應堆，在圓柱體上面鑽有一些垂直的孔道，井有600～1000 P.P.m.233U的鉍溶液流過．燃料從活性區泵途到熱交換器，井在回到活性區以前從550℃冷卻到425℃。包圍活性區的是增殖反應堆的再生區，它是由ThBi。化合物在鉍中的懸浮液所組成。理論上的轉換因子預期可以超過1，而且功率在6～7哩/千瓦·小時．主要的管道是用鐵素體鋼製造的。