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1244章 高温气冷堆（第1页）

这种核燃料球里面最核心的是二氧化铀颗粒，要将这种比铅笔芯还要小的颗粒和反应后产生的产物牢牢地封印起来，最高还要耐受1600℃的高温，包覆颗粒的外壳材材料和制备工艺都是极为困难的。

西德当初将核燃料生产线送给紫光大学后，后者就一直在这种球床堆高温气冷堆技术上进行研发。

德意志在建造的的两座球床堆核高温气冷堆实验堆上面出现了不少的故障，主要的缺陷是一回路被与石墨粉尘混在一起的金属裂变产物严重污染，原本这些核元素是不应该从燃料球里面跑出来的，但是这种德意志设计的球床堆是建立在石墨球流动摩擦力非常小的基础上，但是石墨球在氦气环境下的润滑特性方面研究并不是很透彻。

当两座实验堆在建立起来后一直缺乏在堆芯内设置堆内测量装置，所以无法精确测量出堆内的温度和中子注量率。

当时在实验堆关闭之前都都还没有解决这个测量难题，只能用向反应堆里面内装接近200颗内装一组熔丝的温度监测球来进行温度的测量。

当然，这些监测球只能记录下它们所经历过的最高温度，并不能给出堆芯内燃料球温度的空间与时间分布，而且监测球投放后一年多后才得到第一批报警结果。

对流出堆芯的监测球的检查发现有相当大部分的球内熔丝已经完全熔断，这就表明堆芯局部温度已超过1700多度，远超过先前的计算值。正是如此高的温度让核燃料球里面的核元素跑了出来，如果不解决这种堆芯温度不均匀的问题，给核燃料球包再多的外壳都没用。

为了解决这个问题，紫光大学方面也是进行了研制了一套高温气冷堆堆芯全尺寸球床等效导热系数测量实验装置，可进行静态石墨球床在真空及氦气条件下的等效导热系数测量实验，通过大量的实验也是将球床堆高温气冷堆之前中心体超温情况、升降温过程等建立了理论模型，重新对球床堆的结构重新进行了设计。

另外紫光大学对核燃料球本身也是进行了重新设计研制，这中间紫光大学也是向华兴科技集团公司定制了不少的特殊设备，并且还参与了一些工艺技术的制定。

双方共同开发了一种全陶瓷三重各向同性包覆技术，也是目前最先进的包覆技术。

二氧化铀核芯上要用化学气相沉积法包覆四层材料，最内层是疏松热解碳层，负责吸收气态的核反应产物和缓解应力，其外有两层致密热解碳层和一层碳化硅层。

华兴科技集团公司在高精密加工工艺这方面技术是国内最厉害的，并且为紫光大学提供了高纯度的石墨和碳化硅材料。

通过实验，采用这种包覆工艺后的核芯可以在1800度的高温下持续450个小时的连续考验下依然可以保持完好，无破损，有效防止放射性物质泄漏。

这种新工艺比之前德意志的工艺研制出来的核燃料核芯性能要高出很多，最大限度地保证了核燃料里面核芯的安全性。

“穿衣”后的包覆颗粒和基体石墨粉被注入模具，经过预压成为直径5厘米的芯球。之后，其外要再包裹一层5毫米厚的石墨球壳，最终成形为直径6厘米的燃料球。这层石墨球壳被称作“无燃料区”，是阻止核芯放射性物质泄漏的又一道屏障。

经过一系列工艺加工，核燃料球可以经受4米高度跌落1800多次，远大于50次的技术指标要求，保证了内部核燃料的可靠密封。

核芯的包覆技术只是其中的一步，大量的核芯还需要用包裹成芯球，外面还要包裹上一层强化的石墨外壳，这里面的工艺也是非常复杂，而且要用到压力达到300兆帕的等静压设备、真空炉、高精密车削机床、机器手臂等设备。

这些设备都是基本上是华兴科技集团公司捐赠的。

当然，紫光大学也是为华兴科技集团公司提供了不少的核技术人才和技术专利。

紫光大学新研制的球床堆高温气冷堆解决了核元素泄露的问题和超高温问题，也是让高温气冷堆走向了实用化，相对于绝大多数国家来讲，紫光大学在高温气冷堆上的技术已经达到了相当高的水准，尤其是在功率和燃烧效率上，已经完全达到甚至超过了西方发达国家的水准，非常有优势。

虽然说高温气冷堆技术鹰酱在上个世纪80年代的时候是最先进的，不过在鹰酱国内核电站建设停滞后，鹰酱在这方面的技术研发也是跟着停滞了，反而是兔子一直闷着头在搞，现在已经走到了最前面。

杨杰也是运气很好地搞到了一个持续研发钍基熔盐堆核电技术的技术团队，并且成功地带到了国内，形成了国内拥有两种技术成熟的第四代核电技术局面。

虽然说鹰酱在几年前也嚷嚷着要研制包括钍基熔盐堆和高温气冷堆第四代核电技术，但是真正拿出来的钱却并不多，而且之前的技术队伍都散了。

相比较于钍基熔盐堆核电技术，紫光大学随即解决了高温气冷堆之前的一些技术缺陷，但是还是要面临压力容器要设计很大的问题。

尽管紫光大学设计的高温气冷堆效率比以前提高了不少，但是堆芯还是很大，压力容器还是很大很重，如果高温气冷堆也必须建昂贵的厂房安全壳，那么安全壳就必须建得更大，而且必须在气密的同时提供气冷，费用反而会更高得多。

之前紫光大学在研制高温气冷堆的时候原本是想用氦气主环路直接驱动涡轮来发电，从而获得更好的热效率，但是那时候用氦推动的涡轮当时没有现成的应用，所有选择了使用第二环路来驱动蒸汽涡轮的方案。

不过紫光大学看到华兴科技集团公司在二氧化碳超临界发电机组取得了很大进展后现在也是砍掉了蒸汽发生器，改为了二氧化碳超临界发电机组的设计，并且也兼容了华兴科技集团公司的高温电解制氢设备。

尽管如此，高温气冷堆在造价上还是要比钍基熔盐堆要高不少的。

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