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LFR反应器有更高的热效率和更好的安全性能

更新时间:2023-04-24      点击次数:616
  在康宁AFR反应器中,氧化铁(磁铁矿Fe3O4或磁铁矿γ-Fe2O3)在室温下将碱水溶液添加到亚铁盐和铁盐混合物中形成。在反应器中,由于铁还原加速而形成黄棕色沉淀物,得到胶体氧化铁纳米颗粒如图所示。
  在AFR反应器中合成氧化铁纳米颗粒的实验条件Fe(NO₃)₃·9H₂O和NaOH溶液的流速在20-60ml/h。对于所有实验,还原剂与前体的摩尔比保持恒定为1:1。
 

LFR反应器

不同流速下氧化铁纳米颗粒的粒度分布(PSD) 

  实验显示了在AFR反应器中不同流速所对应的结果:
  在CTAB表面活性剂存在下获得的λ最大值在480和490nm之间;
  AFR中的心形设计使混合更佳;
  氧化铁NP的平均粒径通常随着流速的增加而减小,在50ml/h的流速下获得最小粒径。在60和50ml/h的较高流速下,分别观察到窄PSD超过6.77−29.39nm和3.76−18.92nm;
  另一方面,在20ml/h的较低流速下,在10.1−43.82nm。从图所示的数据也可以确定,由于纳米粒子的引发和成核在50ml/h下比在60ml/h时发生得更快。因为颗粒大小取决于纳米粒子在反应器中的成核过程和停留时间,这也通过图所示的TEM图像得到证实,图显示制备的颗粒大小在2~8nm;
 

 50 ml/h的微反应器中合成的氧化铁纳米颗粒的透射电子显微镜图像

 

 使用CTAB作为表面活性剂在AFR中合成的氧化铁NP的TEM图像

  所示数据−对于表1中报告的PSD和平均粒径,可以确定粒径随着进料流速的增加而减小,这归因于较低的停留时间。在反应器中的较大停留时间(较低流速)为颗粒的团聚和晶体生长提供了更多的时间,从而获取更大的颗粒尺寸。图4A、B所示的TEM图像也证实。
 
  LFR反应器是一种新型的核反应器,它采用液态氟化物作为燃料和冷却剂,不仅能够大大提高反应器的效率,还能够有效地解决传统核反应器中的安全隐患,因此备受研究者的青睐。
  该反应器的核心部件是由一螺旋型燃料管组成的反应堆芯,燃料管内部充满了含有铀和钍的液态氟化物,而冷却剂则是流经这些燃料管的液态氟化钠。与传统的水冷堆相比,它具有更高的燃料利用率、更高的热效率和更好的安全性能。
 
  设备采用液态氟化物作为燃料和冷却剂,能够有效地解决传统核反应器中的安全隐患。液态氟化物具有较高的沸点和熔点,能够在大气压下保持液态,并且在高温下具有较好的导热性能。反应堆芯中的液态氟化物能够保持稳定的温度和压力,从而避免了反应堆爆炸的风险。此外,LFR反应器中的燃料管采用了曲线形设计,能够有效地减缓核燃料的衰变热释放速率,从而减少堆芯温度的升高。
 
  它的燃料利用率和热效率要比传统核反应器高得多。铀和钍的反应产生的热能能够直接通过冷却剂传递到蒸汽轮机里面,从而转化成电能。因此,它的热效率比传统核反应器高出30%以上。与此同时,燃料利用率也高达99.5%以上,相比之下,传统核反应器的燃料利用率只有3%左右。
 
  它具有更好的应对空间限制的能力。由于液态氟化物具有较好的压力容纳性能,可以采用更小型的设计,从而更好地适应空间有限的地区。与此同时,还可以采用模块化的设计,使得堆芯和冷却系统可以预先制造并装配好,从而加快反应堆的建造速度和降低反应堆的成本。总之,LFR反应器是目前有前途的核反应器之一,它具有更高的安全性能、更高的燃料利用率和热效率、更好的适应性能等优点,有望在未来成为解决能源危机的重要途径。
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