本發(fā)明屬于先進快中子反應(yīng)堆領(lǐng)域，特別涉及一種加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆。

背景技術(shù)：
行波式反應(yīng)堆是一種以天然核素或乏燃料為燃料，并且可轉(zhuǎn)換核素的增殖和易裂變核素的焚燒以行波的方式移動的新型深燃耗裂變反應(yīng)堆。行波以“增殖波前行，焚燒波后續(xù)”的方式在燃料中每年數(shù)厘米的速度傳播，一次裝料可以連續(xù)運行數(shù)十年。目前行波堆設(shè)計均為鈉冷臨界行波堆，堆芯燃料分為廢料區(qū)，臨界區(qū)(燃燒區(qū)、增殖區(qū))，以及新燃料區(qū)。鈉冷臨界行波堆存在以下幾個技術(shù)缺點和不足：1.行波堆最初啟動時，需要用高富集度易裂變核燃料作為啟動源，從堆芯燃料一端啟動點燃；2.為維持臨界運行，堆芯燃燒部分要求達到常規(guī)堆芯大小和質(zhì)量，從而要求整個堆芯具有很大的尺寸和質(zhì)量；3.為維持增殖波與焚燒波的行進，行波堆燃耗要求高于40％，使得燃料和包殼材料要求遠超過目前燃耗低于20％的限制標準(楊波、申屠軍、湯春桃，行波堆技術(shù)可行性研究及展望，第十三屆反應(yīng)堆數(shù)值計算與粒子輸運學(xué)術(shù)會議暨2010年反應(yīng)堆物理會議論文集)，降低了行波堆的現(xiàn)實可行性；4.采用鈉作為冷卻劑，存在與空氣和水發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)而引發(fā)起火或爆炸的危險，而鉛鉍冷卻劑的化學(xué)惰性好，安全性好，使反應(yīng)堆的運行維護相對容易。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆，利用可移動外中子源，驅(qū)動行波式反應(yīng)堆在次臨界狀態(tài)下運行，避免臨界行波堆需要高富集度易裂變核燃料作啟動源的要求、堆芯燃料燃燒部分對質(zhì)量和尺寸的要求以及高燃耗(>40％)的要求，從根本上杜絕核臨界事故的可能性，有效提高了行波堆的現(xiàn)實可行性、可靠性和安全性。為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆，包括可移動中子源靶(1)、堆芯燃料(2)、堆內(nèi)構(gòu)件(3)、主換熱器(4)、堆頂蓋(5)、堆容器(6)以及主泵(7)，堆芯燃料(2)分為乏燃料區(qū)(2-1)、焚燒波區(qū)(2-2)、增殖波區(qū)(2-3)和新燃料區(qū)(2-4)四個區(qū)域。堆頂蓋(5)為平蓋形式，安裝在堆容器(6)的上沿；堆內(nèi)構(gòu)件(3)焊接于堆容器(6)底封頭以上的位置，為堆芯燃料(2)、主換熱器(4)、主泵(7)等提供支撐和定位并分隔冷池和熱池，堆內(nèi)構(gòu)件(3)上部為熱池，下部為冷池；主換熱器(4)和主泵(7)安裝在堆頂蓋(5)上并穿過堆內(nèi)構(gòu)件(3)；主換熱器(4)殼側(cè)上部設(shè)有鉛鉍冷卻劑入口，下部設(shè)有鉛鉍冷卻劑出口；主泵(7)入口位于冷池內(nèi)的泵體下部，出口位于泵體底部，通過管道與堆芯燃料(2)底部連接；堆芯燃料(2)放置于堆內(nèi)構(gòu)件(3)底部，自上而下分別為乏燃料區(qū)(2-1)、焚燒波區(qū)(2-2)、增殖波區(qū)(2-3)和新燃料區(qū)(2-4)；靶移動通道從反應(yīng)堆頂部向下，貫穿堆頂蓋(5)，通向堆芯燃料(2)的底部；可移動中子源靶(1)位于靶移動通道內(nèi)，沿著靶移動通道上下移動。其中，冷卻劑由堆芯燃料(2)向上流入熱池，從熱池進入主換熱器(4)，經(jīng)過換熱器(4)換熱，向下流出主換熱器(4)，進入冷池，冷池中的冷卻劑進入主泵(7)，從主泵(7)管道出口流入堆芯燃料(2)，再次由堆芯燃料(2)向上流入熱池，帶出堆芯熱量，完成循環(huán)過程。所述反應(yīng)堆系統(tǒng)啟動時不需要高富集度易裂變核燃料作為啟動源，而是通過可移動中子源靶(1)提供外源中子，點燃堆芯燃料(2)，啟動次臨界行波堆；中子源靶可以為散裂中子靶或氘氚聚變中子源靶。所述反應(yīng)堆系統(tǒng)，通過可移動中子源靶(1)提供外源中子使反應(yīng)堆運行在次臨界條件下；利用可移動中子源靶(1)的向下移動來驅(qū)動堆芯燃料(2)的增殖波和焚燒波的行進。所述反應(yīng)堆系統(tǒng)，使用液態(tài)鉛鉍作為冷卻劑，帶出堆芯熱量。與鈉冷臨界行波堆相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：1.啟動點燃時，不需要高富集易裂變核燃料作為啟動源，而是通過可移動中子源靶提供的中子點燃堆芯燃料，在靠近中子源靶的焚燒波區(qū)實現(xiàn)核裂變反應(yīng)產(chǎn)生熱量，在增殖波區(qū)通過俘獲中子實現(xiàn)核燃料的增殖；當焚燒波區(qū)的燃料消耗完后通過將可以動中子源向增殖波區(qū)移動，在原增殖波區(qū)實現(xiàn)焚燒，同時將增殖波向新燃料區(qū)推進，從而實現(xiàn)增殖波前行，焚燒波后續(xù)的過程；2.次臨界運行，避免了臨界行波堆對堆芯燃料燃燒部分要求達到臨界質(zhì)量和體積的問題，當加速器關(guān)閉后反應(yīng)堆內(nèi)的裂變反應(yīng)自然停止，從根本上杜絕了核臨界事故的可能性，提高了反應(yīng)堆的安全性；3.運行時，通過靶的移動來維持增殖波與焚燒波的行進，避免了臨界行波堆燃耗必須高于40％的問題，降低了對燃料和包殼材料的要求，使反應(yīng)堆具有現(xiàn)實可行性；4.利用液態(tài)鉛鉍作為冷卻劑帶出堆芯熱量，鉛鉍冷卻劑中子經(jīng)濟性高于鈉冷卻劑，其化學(xué)惰性好，安全性好，具有良好的自然循環(huán)能力，使反應(yīng)堆的運行維護相對容易。附圖說明圖1為本發(fā)明加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1為可移動中子源靶、2為堆芯燃料、3為堆內(nèi)構(gòu)件、4為主換熱器、5為堆頂蓋、6為堆容器、7為主泵，2-1為乏燃料區(qū)、2-2為焚燒波區(qū)、2-3為增殖波區(qū)、2-4為新燃料區(qū)。具體實施方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。參見圖1，本發(fā)明公開的加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆，包括可移動中子源靶1、堆芯燃料2、堆內(nèi)構(gòu)件3、主換熱器4、堆頂蓋5、堆容器6以及主泵7，堆芯燃料2分為乏燃料區(qū)2-1、焚燒波區(qū)2-2、增殖波區(qū)2-3和新燃料區(qū)2-4四個區(qū)域。堆頂蓋5為平蓋形式，安裝在堆容器6的上沿；堆內(nèi)構(gòu)件3焊接于堆容器6底封頭以上的位置，為堆芯燃料2、主換熱器4、主泵7等提供支撐和定位并分隔冷池和熱池，堆內(nèi)構(gòu)件3上部為熱池，下部為冷池；主換熱器4和主泵7安裝在堆頂蓋5上并穿過堆內(nèi)構(gòu)件3；主換熱器4殼側(cè)上部設(shè)有鉛鉍冷卻劑入口，下部設(shè)有鉛鉍冷卻劑出口；主泵7入口位于冷池內(nèi)的泵體下部，出口位于泵體底部，通過管道與堆芯燃料2底部連接；堆芯燃料2放置于堆內(nèi)構(gòu)件3底部，自上而下分別為乏燃料區(qū)2-1、焚燒波區(qū)2-2、增殖波區(qū)2-3和新燃料區(qū)2-4；靶移動通道從反應(yīng)堆頂部向下，貫穿堆頂蓋5，通向堆芯燃料2的底部；可移動中子源靶1位于靶移動通道內(nèi)，沿著靶移動通道上下移動。加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆運行過程為：可移動中子源靶1提供外源中子，點燃堆芯燃料2，啟動反應(yīng)堆，通過可移動中子源靶1提供外源中子使反應(yīng)堆運行在次臨界條件下，利用可移動中子源靶1的向下移動來驅(qū)動堆芯燃料2的增殖波和焚燒波的行進。冷卻劑循環(huán)過程為：冷卻劑由堆芯燃料2向上流入熱池，從熱池進入主換熱器4，經(jīng)過換熱器4換熱，向下流出主換熱器4，進入冷池，冷池中的冷卻劑進入主泵7，從主泵7管道出口流入堆芯燃料2，再次由堆芯燃料2向上流入熱池，帶出堆芯熱量，完成循環(huán)過程。加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆的主要特點：(1)啟動點燃時，不需要高富集度易裂變核燃料作為啟動源?？梢苿又凶釉窗?作為可移動的外中子源，提供外源中子，點燃堆芯燃料2，啟動次臨界行波堆；可移動中子源靶1可以為散裂中子靶或氘氚聚變中子源靶。(2)次臨界運行，避免了臨界行波堆對堆芯燃料燃燒部分要求達到臨界質(zhì)量和體積的問題，提高了反應(yīng)堆的安全性?？梢苿又凶釉窗?產(chǎn)生的散裂中子作為外源中子，使堆芯燃料2在次臨界條件下維持鏈式反應(yīng)，避免了臨界行波堆對堆芯燃料燃燒部分要求達到臨界質(zhì)量和體積的問題，當加速器關(guān)閉后反應(yīng)堆內(nèi)的裂變反應(yīng)自然停止，從根本上杜絕了核臨界事故的發(fā)生。(3)對燃料和包殼材料的要求降低。加速器驅(qū)動鉛鉍冷卻次臨界行波堆運行時，通過可移動中子源靶1的移動來維持增殖波與焚燒波的行進，避免了臨界行波堆燃耗必須高于40％的問題，降低了對燃料和包殼材料的要求。(4)利用液態(tài)鉛鉍作為冷卻劑帶出堆芯熱量，鉛鉍冷卻劑中子經(jīng)濟性高于鈉冷卻劑，其化學(xué)惰性好，安全性好，具有良好的自然循環(huán)能力，使反應(yīng)堆的運行維護相對容易。