石墨及炭素材料高溫氣冷堆的開發(fā)概況

石墨及炭素材料高溫氣冷堆的開發(fā)概況

石墨及炭素材料高溫氣冷堆的開發(fā)概況

石墨及炭素材料作為中子減速材料（Moderator）及反射體（Reflector)具有優(yōu)良的性能；而且作為一種成熟的工業(yè)材料，可以滿足大量需求；同時作為一種結(jié)構(gòu)材料，石墨及炭素材料具有足夠的強(qiáng)度和非常好的熱穩(wěn)定性能。因此，成為在以高效率為目標(biāo)的高溫氣冷堆中所使用的唯一材料。在用石墨及炭素材料作為減速材料和反射體的動力堆中，從天然鈾石墨減速型的鎂諾克斯（Mag-nox）爐開始，經(jīng)過改良型的氣體冷卻堆(AGR），到現(xiàn)在，開發(fā)出了各種各樣的高溫氣冷堆（HTGR），并逐步向?qū)嵱没f進(jìn)，如表3-24所示，以德國、美國為核心進(jìn)行了多種研究開發(fā)。

在高溫氣冷堆中，由于用氦氣作為冷卻劑，用炭素及陶瓷作為燃料的包覆材料，用石墨及炭素材料作為減速材料和爐芯結(jié)構(gòu)材料，可以把接近1000℃的高溫?zé)崃繉?dǎo)出爐外，熱效率高達(dá)約50%。同時，由于爐芯的輸出密度小、熱容量大，使發(fā)生反應(yīng)溫度異常上升或冷卻能力降低等情況，而爐芯溫度的變化極為緩慢，包覆材料和爐芯結(jié)構(gòu)材料不會溶化。

基于這些特性，其固有的安全性能特別好。另外，高溫氣冷堆也具有燃料的燃燒度極高的特性。除了發(fā)電以外，也可以期待利用煤的汽化或液化（~700℃)、水蒸氣改質(zhì)、鐵礦石的直接還原、甲醇制造（~850℃）以及熱化學(xué)法制氫（~950℃）等領(lǐng)域。