設計 编辑 減速劑與冷卻劑 编辑 SCWR以超臨界水作為中子減速劑 與冷卻劑。當水在臨界點以上時，蒸氣與液體的密度 會相同且無法區隔開來，因而毋須加壓器與蒸汽发生器 （PWR），或是蒸汽噴射器、內循環泵 、氣分離機與乾燥器 （BWR）。這也可避免水沸騰，產生混亂的空泡，使密度與減速效果下降，這種情形在輕水反應爐中會影響水流與熱傳，甚至使能量不易預測與控制。因此SCWR的新式結構可以減少建築成本和改善安全性。
SCWR的中子能譜仅部分慢化，使之在某些時刻變成快中子反應爐 。這是因為超臨界水本身的密度與減速效應都較普通水稍低，但有較好的熱傳性。在一些快中子能譜設計中，水作為爐心外部的反射層，或作為中子部分減速之用。
快中子能譜有以下優點：
較高能量密度 ，能比相同大小的反應爐產生更多能量。 核轉換比大於1，可作為滋生式反應器使用，天然鈾中的U238 使用效率提高。 快中子促使錒系元素 等長半衰期核分裂產物進行核遷變 ，減少核廢料 中長半衰期元素的比例。 燃料 编辑 爐心裝載的是如同BWR的傳統多捆束狀結構的核燃料，可減少溫壓變化導致的不均勻熱點分布。濃縮鈾 燃料的濃度較高，以抵消外層屏蔽所吸收中子的負面影響。因為會被腐蝕而起不了作用，所以束狀燃料外部並無包覆鋯 化合物層，改採不鏽鋼 或鎳 合金。而燃料棒必須能夠承受超臨界環境或突發的能量波動，設計時考量了4種突發狀況：脆斷 、屈曲 腐蝕、高壓毀損和潛變 。為了減少腐蝕，我們加入氫氣 至水中。也有人想出高溫氣冷式反應爐BISO的概念，[2] 碳化矽 包覆鈾燃料外層。
控制 编辑 SCWR也如同PWR使用控制棒 控制核反應進行。
材料 编辑 SCWR內部材料所承受的運作環境較LWR、LMFBR 與超臨界蒸氣鍋爐 嚴苛，因而需要較高品質的爐心材料（尤其是核燃料外部包覆層）。除此之外，一些元素也會因為吸收中子而活化產生放射性 ，例如：59 Co60 Co伽瑪射線 ，所以鈷不適合作為反應爐的合金材料。
研究與發展方向：
超臨界水受輻射影響下的化學性質（避免受應力 崩解與維持在高溫或中子輻射下的抗性）。 材料尺寸及微觀結構的安全性（避免脆化與保持在高溫或中子輻射下的潛變 抗性）。 使材料能夠承受嚴苛運作環境，且避免吸收過多中子，危及燃料經濟性。 優勢與挑戰 编辑 優勢 编辑 運用超臨界蒸氣發電機 的朗肯循環 改善效率。 較高的運轉效率意味著較佳的燃料經濟性（使用較少燃料），并且衰變熱 較低。 超臨界水有絕佳的熱傳性質，允許在小型爐心結構下的高能量密度的流動。 SCWR屬於一次直接循環設計，即從爐心流出的高溫超臨界水直接送至渦輪發動機 發電。這讓整體結構設計變得較PWR簡單，類似BWR結構。SCWR甚至精简了BWR的部分裝置，它的反應爐槽內沒有內循環泵 、再循環流體系統、氣分離機與乾燥器 。它的圍阻體 內部存儲能量低於PWR。[3] 與液態金屬冷卻反應爐 相較，水是液態、無毒且便宜的物質，易於檢修。 一座快中子 超臨界水反應爐可作為滋生式反應爐 使用，可把長半衰期的錒系元素 燒掉。 超臨界重水反應爐可以利用釷 燃料進行滋生。 挑戰 编辑 在高溫超臨界水與輻射影響下，延展性材料的研究與發展。 在特殊啟動過程下，避免水達臨界溫度前的不穩定情況。 若意外出現低水位情形，使散熱及冷卻效果減低，過高溫度會對燃料外部包覆結構產生負面影響[4] 高溫與高壓對材料的應力承受有很大的影響。例如：壓力管。 在爐心出口末端的冷卻劑密度會急速下降，導致需要額外減速材料補強。許多新設計會用內部給水導管，從最頂端的管線通過爐心，提供另一道摻入減速材料的水流。這方法可使整個反應爐槽得到冷卻，但會使材料品質要求增加（要能抗高溫、較大溫度變化和強烈輻射）。新型壓力管設計也有潛在問題：大多數導管中的減速劑是低溫低密度的，這會使冷卻劑密度在減速過程中下降[5] 一座快中子超臨界水反應爐需要較複雜的爐心設計，以維持負的空泡係數 。 參見 编辑 注釋 编辑 參考資料 编辑 ^ Buongiorno, Jacopo. The Supercritical Water Cooled Reactor: Ongoing Research and Development in the U.S. 2004 international congress on advances in nuclear power plants. American Nuclear Society - ANS, La Grange Park (United States). [10 Nov 2012] . （原始内容于2013-05-15）. ^ Supercritical steam cycle for a nuclear plant, Tsiklauri et al 2005. Downloadable from (PDF) . [2013-01-27 ] . （原始内容 (PDF) 存档于2013-09-28）. ^ Tsiklauri et al, "Supercritical steam cycle for nuclear power plant", downloadable from (PDF) . [2013-01-27 ] . （原始内容 (PDF) 存档于2013-09-28）. ^ Idaho National Laboratory, Status report of SCWR, 2003, downloadable from (PDF) . [2013-01-23 ] . （原始内容 (PDF) 存档于2013-09-27）. ^ Chow and Khartabil, 2007, "conceptual fuel-channel designs for CANDU-SCWR". Downloadable from (PDF) . [2013年1月25日] . （原始内容 (PDF) 存档于2013年9月27日）. 外部連結 编辑
超臨界水反應爐, 英語, supercritical, water, reactor, 縮寫, scwr, 是一種第四代反應爐設計, 使用超臨界水作為工作流體, 也是一種輕水反應爐, 但是工作流體運作於較高的溫度與壓力, 採取類似沸水反應爐, 的單次循環和類似壓水反應爐, 的單一相態運轉機制, pwr與超臨界蒸氣鍋爐皆是已實證過的技術, 由於scwr具有較高的熱效率, 與簡單的設計結構, 成為倍受關注的新式核反應爐系統, 結構, 目录, 設計, 減速劑與冷卻劑, 燃料, 控制, 材料, 優勢與挑戰, 優勢, 挑戰,. 超臨界水反應爐 註 1 英語 Supercritical water reactor 縮寫 SCWR 是一種第四代反應爐設計 使用超臨界水作為工作流體 超臨界水反應爐也是一種輕水反應爐 LWR 但是工作流體運作於較高的溫度與壓力 採取類似沸水反應爐 BWR 的單次循環和類似壓水反應爐 PWR 的單一相態運轉機制 BWR PWR與超臨界蒸氣鍋爐皆是已實證過的技術 由於SCWR具有較高的熱效率 註 2 與簡單的設計結構 成為倍受關注的新式核反應爐系統 1 超臨界水反應爐結構 目录 1 設計 1 1 減速劑與冷卻劑 1 2 燃料 1 3 控制 1 4 材料 2 優勢與挑戰 2 1 優勢 2 2 挑戰 3 參見 4 注釋 5 參考資料 6 外部連結設計 编辑減速劑與冷卻劑 编辑 SCWR以超臨界水作為中子減速劑與冷卻劑 當水在臨界點以上時 蒸氣與液體的密度會相同且無法區隔開來 因而毋須加壓器與蒸汽发生器 PWR 或是蒸汽噴射器 內循環泵 氣分離機與乾燥器 BWR 這也可避免水沸騰 產生混亂的空泡 使密度與減速效果下降 這種情形在輕水反應爐中會影響水流與熱傳 甚至使能量不易預測與控制 因此SCWR的新式結構可以減少建築成本和改善安全性 SCWR的中子能譜仅部分慢化 使之在某些時刻變成快中子反應爐 這是因為超臨界水本身的密度與減速效應都較普通水稍低 但有較好的熱傳性 在一些快中子能譜設計中 水作為爐心外部的反射層 或作為中子部分減速之用 快中子能譜有以下優點 較高能量密度 能比相同大小的反應爐產生更多能量 核轉換比大於1 可作為滋生式反應器使用 天然鈾中的U238使用效率提高 快中子促使錒系元素等長半衰期核分裂產物進行核遷變 減少核廢料中長半衰期元素的比例 燃料 编辑 爐心裝載的是如同BWR的傳統多捆束狀結構的核燃料 可減少溫壓變化導致的不均勻熱點分布 濃縮鈾燃料的濃度較高 以抵消外層屏蔽所吸收中子的負面影響 因為會被腐蝕而起不了作用 所以束狀燃料外部並無包覆鋯化合物層 改採不鏽鋼或鎳合金 而燃料棒必須能夠承受超臨界環境或突發的能量波動 設計時考量了4種突發狀況 脆斷 屈曲腐蝕 高壓毀損和潛變 為了減少腐蝕 我們加入氫氣至水中 也有人想出高溫氣冷式反應爐BISO的概念 2 利用抗蝕材料碳化矽包覆鈾燃料外層 控制 编辑 SCWR也如同PWR使用控制棒控制核反應進行 材料 编辑 SCWR內部材料所承受的運作環境較LWR LMFBR與超臨界蒸氣鍋爐嚴苛 因而需要較高品質的爐心材料 尤其是核燃料外部包覆層 除此之外 一些元素也會因為吸收中子而活化產生放射性 例如 59Co吸收一個中子變成60Co 後者會放出強烈伽瑪射線 所以鈷不適合作為反應爐的合金材料 研究與發展方向 超臨界水受輻射影響下的化學性質 避免受應力崩解與維持在高溫或中子輻射下的抗性 材料尺寸及微觀結構的安全性 避免脆化與保持在高溫或中子輻射下的潛變抗性 使材料能夠承受嚴苛運作環境 且避免吸收過多中子 危及燃料經濟性 優勢與挑戰 编辑優勢 编辑 運用超臨界蒸氣發電機的朗肯循環改善效率 較高的運轉效率意味著較佳的燃料經濟性 使用較少燃料 并且衰變熱較低 超臨界水有絕佳的熱傳性質 允許在小型爐心結構下的高能量密度的流動 SCWR屬於一次直接循環設計 即從爐心流出的高溫超臨界水直接送至渦輪發動機發電 這讓整體結構設計變得較PWR簡單 類似BWR結構 SCWR甚至精简了BWR的部分裝置 它的反應爐槽內沒有內循環泵 再循環流體系統 氣分離機與乾燥器 它的圍阻體內部存儲能量低於PWR 3 與液態金屬冷卻反應爐相較 水是液態 無毒且便宜的物質 易於檢修 一座快中子超臨界水反應爐可作為滋生式反應爐使用 可把長半衰期的錒系元素燒掉 超臨界重水反應爐可以利用釷燃料進行滋生 挑戰 编辑 在高溫超臨界水與輻射影響下 延展性材料的研究與發展 在特殊啟動過程下 避免水達臨界溫度前的不穩定情況 若意外出現低水位情形 使散熱及冷卻效果減低 過高溫度會對燃料外部包覆結構產生負面影響 4 高溫與高壓對材料的應力承受有很大的影響 例如 壓力管 在爐心出口末端的冷卻劑密度會急速下降 導致需要額外減速材料補強 許多新設計會用內部給水導管 從最頂端的管線通過爐心 提供另一道摻入減速材料的水流 這方法可使整個反應爐槽得到冷卻 但會使材料品質要求增加 要能抗高溫 較大溫度變化和強烈輻射 新型壓力管設計也有潛在問題 大多數導管中的減速劑是低溫低密度的 這會使冷卻劑密度在減速過程中下降 5 一座快中子超臨界水反應爐需要較複雜的爐心設計 以維持負的空泡係數 參見 编辑 nbsp 能源主题 nbsp 核技术主题 第四代反應爐 快中子增殖反應堆 Breeder reactor 低慢化重水反應爐 RMWR 第三代反應爐 先進型沸水反應爐 ABWR 經濟性單純化沸水反應爐 ESBWR 核反應爐 核燃料 超臨界鍋爐注釋 编辑 這裡超臨界指的是水達臨界點 而非核燃料達臨界質量 SCWR熱效率預估有45 比現行輕水式反應爐33 還高參考資料 编辑 Buongiorno Jacopo The Supercritical Water Cooled Reactor Ongoing Research and Development in the U S 2004 international congress on advances in nuclear power plants American Nuclear Society ANS La Grange Park United States 10 Nov 2012 原始内容存档于2013 05 15 Supercritical steam cycle for a nuclear plant Tsiklauri et al 2005 Downloadable from 存档副本 PDF 2013 01 27 原始内容 PDF 存档于2013 09 28 Tsiklauri et al Supercritical steam cycle for nuclear power plant downloadable from 存档副本 PDF 2013 01 27 原始内容 PDF 存档于2013 09 28 Idaho National Laboratory Status report of SCWR 2003 downloadable from 存档副本 PDF 2013 01 23 原始内容 PDF 存档于2013 09 27 Chow and Khartabil 2007 conceptual fuel channel designs for CANDU SCWR Downloadable from 存档副本 PDF 2013年1月25日 原始内容 PDF 存档于2013年9月27日 外部連結 编辑INL的SCWR介紹 愛達荷州國家實驗室超臨界水反應爐 SCWR燃料設計 Powerpoint格式 SCWR穩定性分析 Powerpoint格式 水冷式反應爐內部自然循環 页面存档备份 存于互联网档案馆 IAEA TECDOC 1474 取自 https zh wikipedia org w index php title 超臨界水反應爐 amp oldid 72754966, 维基百科，wiki ，书籍，书籍，图书馆，
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