[科普中国]-熔盐燃料

定义

熔盐燃料流过堆芯石墨通道，产生超热中子谱。MSR系统的液体燃料不需要制造燃料元件，并允许添加钚这样的锕系元素。锕系元素和大多数裂变产物在液态冷却剂中会形成氟化物。熔融的氟盐具有很好的传热特性，可降低对压力容器和管道的压力。

熔盐燃料的选择在含铀的化合物中，氯化物的混合物和氟化物的混合物熔点都比较低。然而，应用于热中子反应堆，倾向于采用氟化物，因为它由下述一些优点：可以减少中子损失；有更好的慢化性能；有更好的化学稳定性；蒸汽压较低；传热性能和辐照性能都很好；遇水和空气不起剧烈反应；与一些常用金属结构材料不起化学反应。2

三氟化物在高温下，或者在与其它氟化物共存的条件下，发生向四氟化铀和铀方面转变的歧化反应。在这个反应中，游离出来的铀对石墨慢化剂和燃料容器合金有腐蚀作用。因此，三氟化铀的量太多了是不行的。钍的氟化物只有四氟化钍。无论是四氟化铀还是四氟化钍，在单独存在时，熔点都在1000℃以上，但与用作燃料溶剂的氟化物盐混合，熔点就下降了。作为四氟化铀和四氟化钍溶剂的氟化物，所含的金属元素按热中子吸收截面从小到大依次排列为铍、铋、锂、铅、锆。锂是使用同位素锂-7。天然锂中含有92.5%的锂-7，所以很容易分离出锂-7。铋的氟化物强烈腐蚀结构材料，因此没有使用。铍以(n，a)反应生成锂-6，这是个问题。多种金属的氟化物组成的混合物，对四氟化铀的溶解度是相当大的，这点很重要。因此，能够进行具有一定裕量的反应堆设计。得出在热中子堆的情况下，氟化物熔盐燃料比上述铋金属燃料优越得多的结论，这点是第一个根据。从上述可知，熔盐燃料的选择所考虑的方面和存在的问题等是和固体燃料不同的。

熔盐燃料的发展发展熔盐燃料的大部分精力都是放在研究结构材料的腐蚀和防腐蚀方面。根据研究结果发展了所谓伊诺-8(INOR-8)合金。它是含有17%钼、7%铬和5%铁的镍基合金。以后发展成为哈斯特洛伊-N合金，它在650℃的熔盐中能够满足长期使用的要求。石墨的辐照效应也是重要的问题。因为在熔盐燃料反应堆中，今后也考虑用石墨作为慢化剂，因此，中子辐照引起的石墨尺寸变化的测定工作现在还在继续进行。1

应用案例由于单纯的四氟化铀（UF4）熔点较高（1035℃），而且如果使用高浓铀，在多数热中子反应堆中也不需要这么高浓度的燃料，因此必须加进一些其他氟化物以得到较低的共融点和合适的燃料浓度。在这些氟化物中以氟化铍（BeF2）的核性能最好，但它的粘性很大，流动性差。加进一定量的氟化锂（LiF）或氟化钠可以降低共融物的的粘性。

在美国熔盐反应堆实验装置(MSRE)中用的燃料是LiF-BeF2-ZrF4-UF4体系。在熔盐增殖反应堆(MSBR)设计中，双流体堆是以LiF-BeF2-UF4为燃料，LiF-BeF2-ThF4为增殖盐，单流体堆曾研究过四种不同比例的LiF-BeF2-ThF4-UF4体系。2