氣冷堆是指用石墨慢化、二氧化碳或氦氣冷卻的反應(yīng)堆。用二氧化碳冷卻的石墨氣冷堆，曾在核電站的發(fā)展中占領(lǐng)先地位，但很快就讓位于輕水堆，并將逐漸退出反應(yīng)堆的歷史舞臺(tái)。
目前關(guān)于氣冷堆的研究，越來越集中在用氦氣冷卻的高溫氣冷堆上。然而高溫氣冷堆技術(shù)上比較復(fù)雜，造價(jià)高，一時(shí)還難以推廣。但它的突出優(yōu)點(diǎn)仍然吸引著人們?nèi)ヌ剿鳌?/p>
分類
利用氣體作冷卻劑來傳送反應(yīng)堆內(nèi)熱量的一種核反應(yīng)堆堆型。迄今世界上典型的氣冷堆是使用石墨作慢化劑的石墨氣冷堆。它經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段，產(chǎn)生了天然鈾氣冷堆、改進(jìn)型氣冷堆和高溫氣冷堆3種。
天然鈾氣冷堆
原稱鎂諾克斯堆。以金屬天然為燃料，二氧化碳為冷卻劑。它的堆心由精純的石墨塊堆砌而成。在石墨砌體中有許多裝有棒狀燃料元件的通道，以便加壓的冷卻劑流過，將堆內(nèi)的熱量帶出。為了改善傳熱，燃料元件包殼上帶有許多肋片。從堆心出來的熱氣體在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路內(nèi)的水以產(chǎn)生蒸汽，然后借助于循環(huán)風(fēng)機(jī)將二氧化碳冷卻劑壓送回堆心。整個(gè)堆心包容在一個(gè)鋼制或預(yù)應(yīng)力混凝土的壓力殼內(nèi)。第一座天然鈾氣冷堆電站是1956年開始運(yùn)行的英國卡德蒙爾核電站。這種堆型的最大優(yōu)點(diǎn)是采用價(jià)廉易得的天然鈾；缺點(diǎn)是功率密度低，堆心體積大，造價(jià)高，同時(shí)受金屬鈾和鎂合金許用溫度的限制而使冷卻劑的出口溫度只能達(dá)到左右。因而所產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)較低，核電站的熱效率僅為左右。因此，在60年代末便不再建造此種堆了。
改進(jìn)型氣冷堆
(AGR) 為了提高冷卻劑的堆心出口溫度和蒸汽發(fā)生器傳熱效率，從而提高二回路的蒸汽參數(shù)和熱效率，將燃料元件的包殼改用不銹鋼，燃料改用二氧化鈾。由于采用這些材料會(huì)使堆內(nèi)的有害中子俘獲增大，因此需將二氧化鈾中的豐度提高到,即使用低濃鈾燃料。其堆心結(jié)構(gòu)與天然鈾氣冷堆類似，但蒸汽發(fā)生器布置在反應(yīng)堆四周并一起包容在預(yù)應(yīng)力混凝土壓力殼內(nèi)。二氧化碳冷卻劑的堆心出口溫度為 左右。英國自1965年起已建造了14座改進(jìn)型氣冷堆，裝機(jī)容量。
高溫氣冷堆
一種新型的先進(jìn)氣冷堆。它采用陶瓷型涂敷顆粒燃料。即在直徑為 的氧化鈾或碳化鈾心的外面涂敷2～3層的熱解炭和碳化硅，然后將此近于 1mm的燃料顆粒彌散在石墨基體中壓制成燃料元件。同時(shí)采用傳熱性好的惰性氣體氦作為冷卻劑以替代二氧化碳。這樣，高溫氣冷堆的冷卻劑出口溫度可提高到以上，并具有以下3個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：①具有良好的固有安全性。此種堆心熱容量大并具有較大的負(fù)反應(yīng)性溫度系數(shù)。因此，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)會(huì)自動(dòng)停堆，溫升緩慢，不可能發(fā)生堆心熔化。同時(shí)，氦不活化，在運(yùn)行和維修時(shí)放射性低。②燃料循環(huán)靈活。核燃料轉(zhuǎn)換比高和燃料的燃耗深。高溫氣冷堆不僅可以使用高濃鈾+燃料，也可使用低濃鈾燃料。燃料的燃耗深度可達(dá)10萬兆瓦/比。因此燃料的經(jīng)濟(jì)性好，燃料成本低。③當(dāng)前可以采用高郊率的常規(guī)發(fā)電機(jī)組(電站熱效率達(dá))生產(chǎn)電力和工業(yè)用蒸汽（供石油化工企業(yè)和重質(zhì)稠油開采用），今后可使用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步提高熱效率，并利用高溫工藝熱進(jìn)行煤的氣化油母頁巖提取和裂解水制氫等。
優(yōu)點(diǎn)
①具有良好的固有安全性
此種堆心熱容量大并具有較大的負(fù)反應(yīng)性溫度系數(shù)。因此，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)會(huì)自動(dòng)停堆，溫升緩慢，不可能發(fā)生堆心熔化。同時(shí)，氦不活化，在運(yùn)行和維修時(shí)放射性低
②燃料循環(huán)靈活
核燃料轉(zhuǎn)換比高和燃料的燃耗深。高溫氣冷堆不僅可以使用高濃鈾+釷燃料，也可使用低濃鈾燃料。燃料的燃耗深度可達(dá)10萬兆瓦/比。因此燃料的經(jīng)濟(jì)性好，燃料成本低
③當(dāng)前可以采用高效率的常規(guī)發(fā)電機(jī)組
(電站熱效率達(dá))生產(chǎn)電力和工業(yè)用蒸汽（供石油化工企業(yè)和重質(zhì)稠油開采用），今后可使用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)一步提高熱效率，并利用高溫工藝熱進(jìn)行煤的氣化油母頁巖提取和裂解水制氫等。
參考資料 >
核電站 高溫氣冷堆 原理圖矢量圖片.昵圖網(wǎng).2024-09-03
中國高溫氣冷堆制氫發(fā)展戰(zhàn)略研究.今日頭條.2024-09-03
我國第四代核電技術(shù)研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)先世界 解決核能安全利用世界級(jí)難題.今日頭條.2024-09-03
為我國摘下世界第一的高溫氣冷堆，是怎樣的“大國重器”?.騰訊網(wǎng).2024-09-03