我國(guó)在第四代核能系統(tǒng)革新技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破

近日，第四代核能系統(tǒng)鈉冷快堆關(guān)鍵技術(shù)研究中“鈉-超臨界二氧化碳換熱器研制和試驗(yàn)項(xiàng)目”順利通過專家組驗(yàn)收。這標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)高效緊湊型鈉-超臨界二氧化碳印刷電路板式換熱器研制成功，在第四代核能系統(tǒng)——液態(tài)金屬冷卻快堆革新型動(dòng)力轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。目前，我國(guó)已全面掌握鈉-超臨界二氧化碳換熱器的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試技術(shù)，并在該領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

為滿足第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)對(duì)經(jīng)濟(jì)性和安全性的高要求，2016年起，在國(guó)家科技部支持下，中核集團(tuán)原子能院開展了基于超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)技術(shù)的鈉冷快堆關(guān)鍵技術(shù)預(yù)先研究。

超臨界狀態(tài)下的二氧化碳是目前世界上最先進(jìn)的熱機(jī)循環(huán)工質(zhì)之一，具有循環(huán)效率高、設(shè)備體積小的特點(diǎn)，能減少設(shè)備數(shù)量，降低建造和維護(hù)成本，顯著提高經(jīng)濟(jì)性，因而具有廣泛的應(yīng)用前景，是目前國(guó)內(nèi)外研究的前沿和熱點(diǎn)。此外，由于二氧化碳與液態(tài)金屬鈉無劇烈反應(yīng)，即使發(fā)生突發(fā)情況也具有自我抑制機(jī)制，從而可自動(dòng)減緩事故后果，顯著提高鈉冷快堆的安全性。

鈉-超臨界二氧化碳換熱器作為循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，需在高溫高壓強(qiáng)腐蝕等苛刻條件下實(shí)現(xiàn)高效換熱。而印刷電路板式換熱器則是一種緊湊式高效換熱器產(chǎn)品，兼具管殼式換熱器和板式換熱器的雙重優(yōu)點(diǎn)。

2019年，原子能院聯(lián)合中國(guó)船舶集團(tuán)725所研制了高效緊湊型鈉-超臨界二氧化碳印刷電路板式換熱器樣機(jī)，并聯(lián)合漢華京電設(shè)計(jì)和建造了鈉-超臨界二氧化碳熱工水力試驗(yàn)裝置，開展了鈉-超臨界二氧化碳換熱器傳熱性能實(shí)驗(yàn)。

2019年12月，鈉-二氧化碳換熱器樣機(jī)制造完成。今年5月，傳熱性能實(shí)驗(yàn)完成，傳熱功率和溫度分布等重要參數(shù)均與設(shè)計(jì)符合良好。該換熱器技術(shù)除了應(yīng)用于鈉冷快堆，還可用于鉛鉍合金、鈉鉀合金等其他液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。