BREST-300和1200MWe反应堆
翻译：杜铭海
原载《核工程研究与设计》, 2007年l2月
摘 要：电功率为30万和120万千瓦的铅冷快堆（BREST）是未来的大型铅冷快堆与现场燃料循环核电站，是非常安全且成本低廉的反应堆。
关键词：BREST 铅冷快堆燃料循环
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BREST-300和1200MWe反应堆
翻译：杜铭海
原载《核工程研究与设计》, 2007年l2月
摘 要：电功率为30万和120万千瓦的铅冷快堆（BREST）是未来的大型铅冷快堆与现场燃料循环核电站，是非常安全且成本低廉的反应堆。
关键词：BREST 铅冷快堆燃料循环
1．概述
1．1 BREST是铅冷快堆核电站，核燃料采用铀-钚氮化物，使用两个回路系统将热能传输给超临界蒸汽轮机。1．2 BREST具有下述优势
(1)在各种可信事故(包括内部、外部事件和蓄意破坏)情况下，具有固有的辐射安全，不需要人员撤离；
(2)由于非常有效地利用天然铀，燃料资源可长期(实际是无限期的)使用；
(3)不产生武器级钚，铀钚不分离的就地燃料干法后处理工艺可防止核扩散；
(4)采用包括锕系元素嬗变和堆内烧毁、长寿期裂变产物嬗变、从放射性废物中提取锕系元素、放射性废物冷却和最终处置等方法在内的不扰动天然辐射平衡的闭式燃料循环，保证能源生产和放射性废物管理的环境是安全的；
(5)核电厂和燃料循环采用固有安全的技术工艺．不使用复杂的专设安全设施，反应堆仅补充238U，高参数的铅为蒸汽-透平环路提供超临界参数和高效率的热力循环，使得建设费用低，生产成本具有竞争力。
2．固有的辐射安全特性
(1)用沸点高(T沸腾=2024 k)、抗辐射、低活性的铅做冷却剂，与水和空气不发生反应，因此能够低压排出热量，同时排除了在环路损坏．蒸汽发生器泄漏和任何冷却剂温度波动时发生火灾、化学和热爆炸的可能性；(2)高密度(γ理论=14． 3g／cm3)、高热导(λ=20 w／m•K)、低温运行的氮化物燃料(T最大<1150 K，T熔化=3100 K)具有辐照肿胀小(1％的燃耗～l％)和裂变气体释放率低(<</SPAN>所有产生的气态裂变产物的10％)的特性，防止燃料与包壳的接触效应，运行周期末包壳内的气体压力<2MPa；
(3)在方形燃料栅格的堆芯使用无盒燃料组件(FA)，功率密度适中(≯200MW/m3。)，可防止燃料组件局部流道阻塞情况下失去排热能力，有很强的冷却剂自然循环；
(4)堆芯和铅反射层的设计(成分和几何形状)使燃料充分增殖(CBR～1)，功率、温度和空泡反应性效应小或为负值，堆芯反应性总量小(ΔK/K <</SPAN>β有效)，无论反应堆在任何状态下，提出所有的控制棒，均不可能发生不可控的瞬发超临界；
(5)使用直接动作的非能动保护系统，响应冷却剂流量或堆芯人口和出口温度异常；
(6)使用外部空气循环的非能动应急堆芯冷却系统，通过反应堆容器排出热量；
(7)下降段和上升段冷却剂液位不同的冷却回路布置，使得断流事故情况下能平滑地转向自然循环；
(8)铅回路有很高的储热能力。
3．先进性
3．1由于铅冷却剂和氮化物燃料、快堆物理、堆芯和冷却环路是极好的设计组合，因此，BREST反应堆为具有很高的固有安全水平．甚至在非常严重的事故情况下(包括能动的保护装置失效)仍然保持稳定。特别如下几个方面的问题是现在运行的或还在设计的反应堆不可能克服的：(1)误提所有的控制棒；
(2)所有的主循环泵脱扣(发生故障)；
(3)所有的辅助泵脱扣(发生故障)；
(4)反应堆容器损坏；
(5)二回路管道或SG传热管的任何形式破裂；
(6)各种事故同时发生；
(7)全厂断电也无时间限制．反应堆仍可按需要长期的冷却等。
甚至蓄意破坏引起的极端事故(包括外层屏障即反应堆厂房、容器顶盖以及其它部件的损坏)，也不需要采取撤离当地居民、为释放放射性使土地长时间停用等措施。
3．2 事故分析特别研究的事件涉及反应堆容器(顶盖)和厂房损坏，并假定是故意破坏所致。在这类事故中，反应堆满功率停堆，冷却剂温度暂时全面升高到～1000K，但燃料元件保持完整，泄漏率仍在设计限值之内．因事故释放到外环境的放射性核素总量不到1000Ci(按照13lI)，相当于INES 5级(即不需要居民撤离)的事件。提纯铋和其它放射性核素后，铅可使事故降到4级．甚至3级。
4．设计现状
改进的BREST型300MWe和1200MWe反应堆概念设计工作已经完全准备好，也进行了相关的设计研究和分析工作。反应堆物理在U-Pu-Pb临界装置的实验中得到证实，并且修订了核数据。在Pb循环回路上进行了长期的钢材腐蚀试验，还进行了Pb和空气、高参数水的相互作用、氮化物燃料和Pb以及钢包壳的相互作用等等实验研究。经济评价和比较研究确认了降低电厂基建费用和电价的可能性，可与VVER型核电厂相比。根据使用重金属冷却剂反应堆的经验，概念设计工作过程中进行的大量氮化物燃料的堆内研究、计算和实验，设计者对这种电厂的基本问题有充分的信心，可以着手别洛亚儿斯克核电厂厂址上示范性BREST-OD-300装置及现场燃料循环设施的详细设计。
BREST-300和BREST-1200型反应堆技术特性
| 特性 |
BREST-300 |
BREST-1200 |
| 热功率，MW |
700 |
2800 |
| 净电功率, MW |
300 |
1200 |
| 堆芯燃料组件数量 |
185 |
332 |
| 堆芯直径, mm |
2300 |
4755 |
| 堆芯高度, mm |