熔鹽燃料

由熱中子吸收截面足夠小的元素所構成的熔鹽有氫氧化物、氟化物、磷酸鹽、硫酸鹽、硫化物、氫硫化物和碳酸鹽等。在這些化合物中，熱穩定性好並且具有合適熔點的是氫氧化物和氟化物。對於氫氧化物，專門探討過氫氧化鈉。但是發現它對鈾的溶解度非常小，材料的腐蝕問題相當大，所以研究工作就停止了。這樣就只剩了氟化物。比較鈾的氟化物的物理化學性質，可知能夠成熔鹽燃料的氟化物是四氟化鈾和三氟化鈾。

基本介紹

• 中文名：熔鹽燃料
• 外文名：Molten salt fuel
• 套用：熔鹽燃料反應堆

定義

熔鹽燃料流過堆芯石墨通道，產生超熱中子譜。MSR系統的液體燃料不需要製造燃料元件，並允許添加鈽這樣的錒系元素。錒系元素和大多數裂變產物在液態冷卻劑中會形成氟化物。熔融的氟鹽具有很好的傳熱特性，可降低對壓力容器和管道的壓力。

熔鹽燃料的選擇

在含鈾的化合物中，氯化物的混合物和氟化物的混合物熔點都比較低。然而，套用於熱中子反應堆，傾向於採用氟化物，因為它由下述一些優點：可以減少中子損失；有更好的慢化性能；有更好的化學穩定性；蒸汽壓較低；傳熱性能和輻照性能都很好；遇水和空氣不起劇烈反應；與一些常用金屬結構材料不起化學反應。

三氟化物在高溫下，或者在與其它氟化物共存的條件下，發生向四氟化鈾和鈾方面轉變的歧化反應。在這個反應中，游離出來的鈾對石墨慢化劑和燃料容器合金有腐蝕作用。因此，三氟化鈾的量太多了是不行的。釷的氟化物只有四氟化釷。無論是四氟化鈾還是四氟化釷，在單獨存在時，熔點都在1000℃以上，但與用作燃料溶劑的氟化物鹽混合，熔點就下降了。作為四氟化鈾和四氟化釷溶劑的氟化物，所含的金屬元素按熱中子吸收截面從小到大依次排列為鈹、鉍、鋰、鉛、鋯。鋰是使用同位素鋰-7。天然鋰中含有92.5%的鋰-7，所以很容易分離出鋰-7。鉍的氟化物強烈腐蝕結構材料，因此沒有使用。鈹以(n，a)反應生成鋰-6，這是個問題。多種金屬的氟化物組成的混合物，對四氟化鈾的溶解度是相當大的，這點很重要。因此，能夠進行具有一定裕量的反應堆設計。得出在熱中子堆的情況下，氟化物熔鹽燃料比上述鉍金屬燃料優越得多的結論，這點是第一個根據。從上述可知，熔鹽燃料的選擇所考慮的方面和存在的問題等是和固體燃料不同的。

熔鹽燃料的發展

發展熔鹽燃料的大部分精力都是放在研究結構材料的腐蝕和防腐蝕方面。根據研究結果發展了所謂伊諾-8(INOR-8)合金。它是含有17%鉬、7%鉻和5%鐵的鎳基合金。以後發展成為哈斯特洛伊-N合金，它在650℃的熔鹽中能夠滿足長期使用的要求。石墨的輻照效應也是重要的問題。因為在熔鹽燃料反應堆中，今後也考慮用石墨作為慢化劑，因此，中子輻照引起的石墨尺寸變化的測定工作現在還在繼續進行。

套用案例

由於單純的四氟化鈾（UF₄）熔點較高（1035℃），而且如果使用高濃鈾，在多數熱中子反應堆中也不需要這么高濃度的燃料，因此必須加進一些其他氟化物以得到較低的共融點和合適的燃料濃度。在這些氟化物中以氟化鈹（BeF₂）的核性能最好，但它的粘性很大，流動性差。加進一定量的氟化鋰（LiF）或氟化鈉可以降低共融物的的粘性。

在美國熔鹽反應堆實驗裝置(MSRE)中用的燃料是LiF-BeF₂-ZrF₄-UF₄體系。在熔鹽增殖反應堆(MSBR)設計中，雙流體堆是以LiF-BeF₂-UF₄為燃料，LiF-BeF₂-ThF₄為增殖鹽，單流體堆曾研究過四種不同比例的LiF-BeF₂-ThF₄-UF₄體系。