高温气冷堆的工作原理

高温气冷堆

用氦气作冷却剂，出口温度高的核反应堆。高温气冷堆采用涂敷颗粒燃料，以石墨作慢化剂。堆芯出口温度为850~1000℃，甚至更高。核燃料一般采用高浓二氧化铀，亦有采用低浓二氧化铀的。根据堆芯形状，高温气冷堆分球床高温气冷堆和棱柱状高温气冷堆。

概述

高温气冷堆

高温气冷堆，（hightemperaturegascooledreactor），高温气冷堆的蒸发器能达到560℃，发电效率大大提升，高温气冷堆核电站具有良好的固有安全性，它能保证反应堆在任何事故下不发生堆芯熔化和放射性大量释放。高温气冷堆具有热效率高（40%~41%），燃耗深（最大高达20MWd/t铀），转换比高（0.7~0.8）等优点，由于氦气化学稳定性好，传热性能好，而且诱生放射性小，停堆后能将余热安全带出，安全性能好。

研发历程

70年代中期，中国高温气冷堆的研究发展工作始于70年代中期，主要研究单位是清华大学核研院。

1986年，在国家863计划支持下，清华大学正式开始了１０兆瓦高温气冷堆实验堆的研发。

1988～1989年，间德国的两座球床高温气冷堆反应堆相继被关闭，其原因是担心安全性。 2000年12月，建成临界。高温气冷堆

2003年1月，实现满功率并网发电，中国对高温气冷堆技术的研发取得了突破性成果，基本掌握了核心技术和系统设计集成技术。这一科技成果在国内外引起广泛的影响，使中国在高温气冷堆技术上处于国际先进行列。

2004年9月底，由国际原子能机构主持，清华大学核研院在10兆瓦高温气冷堆实验堆上进行了固有安全验证实验。实验结果显示，在严重事故下，包括丧失所有冷却能力的情况下，不采取任何人为和机器的干预，反应堆能保持安全状态，并将剩余热量排出。

2006年1月，国务院将大型先进压水堆和高温气冷堆核电站示范工程列为国家重大专项。

2008年2月，高温气冷堆核电站重大专项实施方案获国务院批准，专项牵头实施单位为清华大学核研院、华能山东石岛湾核电有限公司、中核能源科技有限公司。

第４８卷第２期　

２００６年４月　汽轮机技术　

ＴＵＲＢＩＮＥ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｎ１．４８　Ｎｏ．２　

Ａｐｔ．２０Ｏ６　

高温气冷堆氦气透平循环工质的热物性　

任殷森，杨小勇，黄志勇，赵　钢，王　捷　

（清华大学核能与新能源技术研究院，北京１０００８４）　

摘要：在高温气冷堆氦气透平直接循环中，氦气既是堆芯的冷却剂，又是循环工质。氦气热物性数据来源多样且互　

相不一致，对目前应用较多的５种氦气热物性参数计算方法进行了比较分析。　

关键词：高温气冷堆；透平；氦气；热物性　分类号：ＴＫ４７２；ＴＬ３３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１．５８８４（２００６）０２－００９３－０２　

Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｆｌｕｉｄ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｇａｓ－ｃｏｏｌｅｄ　Ｒｅａｃｔｏｒ　

Ｈｅｌｉｕｍ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｃｙｃｌｅ　

ＲＥＮ　Ｑｉ－ｓｅｎ，ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｙｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ　Ｚｈｉ－ｙｏｎｇ，ＺＨＡ０　Ｇａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｊｉｅ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｇａｓ・ｃｏｏｌｅｄ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ（ＨＴＧＲ—ＧＴ）ｄｉｒｅｃｔ　ｃｙｃｌｅ，ｈｅｌｉｕｍ　ａｃｔｓ　ａｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　

ｃｏｏｌａｎｔ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ．Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｍａｎｙ　ｏｒｉｇｉｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｈｅｌｉｕｍ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗｉｔｈ　

ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｆｉｖｅ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅ￣ｙ　ｏｆ　ｈｅｌｉｕｍ．　

I行业观察NDUSTRYINSIGHTS

高温气冷堆固有安全性分析反应堆的安全特性一般包括：自然安全性、非能动安全性、能动安全性、

后备安全性等。自然安全性是指由反应堆自身的物理、化学及核特性实现安全功能，不需要借助其他外部装置。通常，

固有安全性特指自然安全性，即反应堆本身具有的安全特性。高温气冷堆的固有安全性通过八个方面来实现：

温度效应、裂变产物的积累效应、燃耗效应、高性能的燃料元件、较低的堆功率密度、较大的堆芯热容量、较小的单堆功率、独特的堆芯尺寸。前三个方面主要是利用了燃料、慢化剂的核特性，使其形成负的反应性效应，压水堆等其他类型反应堆也具有这些特性。而后五个方面是高温气冷堆相对独有的特性，这与高温气冷堆的设计特点有关。（一）负反应性温度效应负反应性温度效应是指随着反应堆内物质（燃料、慢化剂、堆内构件、冷却剂等）温度升高，核反应的速率降低（反应性下降）。高温气冷堆慢化剂和堆内构件材料是石墨，冷却剂是氦气，高温气冷堆的温度效应主要是慢化剂的负反应性温度效应、燃料的负反应性温度效应共同作用的结果。（二）裂变产物的积累核燃料在运行中会产生能强烈吸收中子的裂变产物，这对反应性也会产生影响，比较有代表性的产物是氙和钐。裂变产物的产生、积累和消耗会带来反应性补偿和运行控制方面的问题，但是在一定程度上引入负的延伸阅读

以满足需求。由于具有固有安全性，不需要辅助安全系统，高温气冷堆的系统大为简化，投资可大幅降低。高温气冷堆产业化推广情况随着20万千瓦高温气冷堆示范工程顺利进行和60万千瓦高温气冷堆项目稳步推进，高温气冷堆产业化推广取得了显著进展。在国内，中国核建已在福建、广东、江西、浙江等省份开展了前期工作。2015年4月，中国核建江西瑞金高温气冷堆项目初步可行性研究报告通过电力规划设计总院组织的评审。此后，中国核建高温堆控股公司与瑞金市政府签订了厂址保护协议。2016年4月，中国核建福建万安高温堆电站初步可行性研究报告通过电力规划设计总院组织的评审。在海外，作为高温气冷堆技术产业化推广和高温气冷堆核电“走出去”的责任主体，中国核建在多个国家和地区积极推广高温气冷堆技术。继与阿联酋迪拜、南非等国家和地区签署了项目合作协议（MOU）后，2016年1月，中国核建、沙特核能与可再生能源城签订了《沙特高温气冷堆项目合作谅解备忘录》。2016年8月，中国核建与印尼原子能机构签署了《中国核建集团与印尼原子能机构关于印尼高温气冷堆发展计划的联合项目协议》，为高温气冷堆“走出去”再添浓重一笔。（作者单位：中国核建高温堆控股公司、清华大学）高温气冷堆固有安全特性■高立本沈健第一座球床模块式高温气冷实验堆

012我国高温气冷堆发展战略研究

我国高温气冷堆发展战略研究

Development Strategy of High Temperature Gas Cooled Reactor in China张作义，吴宗鑫，王大中，童节娟　（清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心，北京100084）

Zhang Zuoyi, Wu Zongxin, Wang Dazhong, Tong Jiejuan (Collaborative Innovation Center of Advanced Nuclear Energy Technology Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China)摘要：高温气冷堆和在此基础上发展起来的超高温气冷堆是第四代核能系统研发重点的6种堆型之一。本文介绍了高温气冷堆的特点，对高温气冷堆技术在国内外的最新研发进展进行了简要综述，对高温气冷堆的发展定位等问题进行了讨论。在此基础上对我国高温气冷堆发展路线进行了展望。我国高温气冷堆技术历经跟踪、跨越和自主创新，目前在商业规模模块式高温气冷堆核电站技术上处于世界领先地位。在此基础上，我国正在启动部署后续60万千瓦级模块式高温气冷堆核电机组的研发和配套关键技术的攻关工作，以进一步推动高温气冷堆技术的产业化，保持我国在该领域的国际领先优势。关键词：高温气冷堆；超高温；技术路线中图分类号：TL3 文献标识码：A

Abstract: High temperature gas cooled reactor (HTGR) together with its successor, the very high temperature reactor, is one of the six nuclear energy systems identified and selected by the Generation IV International Forum for further development. The paper briefly summarizes the technical characteristics of HTGR and reviews the recent research and development status of HTGR technology at home and abroad. It also discusses the strategic positioning of HTGR in China and looks ahead to the HTGR technology development road map in China. China has gone through the stages such as tracking, stepping over, and independent innovation in the past years, and now is in the front-runner status with respect to the commercial-level HTGR nuclear power plant. On this basis, China is working on the design of 600 MW pebble bed HTGR (HTR-PM600), so as to further promote industrialization of the HTGR technology and stay ahead in this field. Keywords: