[發明專利]一種一體化小型熔鹽堆

有效

• 申請號: 201711137574.3
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107945887B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 于世和;孫強;鄒楊;嚴睿;周翀;趙恒
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G21C3/54
• 分類號: G21C3/54;G21C3/06;G21C15/24
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;鄒玲

本發明公開了一種一體化小型熔鹽堆，其堆本體包括燃料鹽、熱管、堆芯容器、側反射層、中子吸收體、控制鼓、包殼和下反射層，其中熱管和堆芯容器一體化設計，熱管部分插入或全插入堆芯容器中，燃料鹽填充堆芯容器的內部，堆芯容器與燃料鹽的液面之間圍合形成一空腔，堆芯容器的外壁圍設有側反射層，側反射層中設有控制鼓，控制鼓一側設有中子吸收體，堆芯容器的底部設有下反射層，包殼圍設于側反射層和下反射層的外部。本發明將熱管技術應用到熔鹽堆中，大幅簡化了系統結構，通過產生自然循環或自然對流，實現熱量的長期高效穩定傳輸，同時提高了系統的安全可靠性。

技術領域

本發明涉及核能利用領域，具體涉及一種一體化小型熔鹽堆。

背景技術

隨著外星球探測計劃的開展與實施，人類將面臨更為復雜、嚴峻的空間環境。傳統空間能源系統已經無法滿足任務需求。不受環境影響、長壽命、安全可靠的核能成為建立外星球基地并開發利用外星球資源的必然選擇。目前國際上考慮三種空間反應堆類型：熱管冷卻堆型、液態金屬冷卻堆型和氣體冷卻堆型。熱管冷卻堆型運行可靠，方便從冷凍狀態啟堆，但是大量熱管存在使空間堆結構復雜化。液態金屬冷卻堆型由于金屬會凍結，因此，在反應堆啟動時需要解凍裝置。氣體冷卻堆芯可以很方便的啟動，但是氣體需要有工作壓力，導致系統的質量和尺寸的變大。這些都限制了它們在空間環境的應用。

本世紀初，以美國為首的多個核電技術先進國家提出了面向未來的第四代核反應堆計劃。熔鹽堆作為第四代反應堆的重要堆型，以高沸點熔鹽為核燃料，具有功率密度大，輸出溫度高，熱電效率高，結構簡單，操作簡易、安全可靠等優點，正越來越受人們的歡迎。熔鹽堆應用于空間能源系統具有極大的優勢，是外星球基地及其他深空探測任務的理想能源。然而現有的熔鹽堆的傳統設計采用熱交換器將熱量導出，換熱器位于堆芯外部，需要由泵驅動實現液態熔鹽在堆芯和熱交換器之間的循環。這套系統依賴泵的有效運作，結構復雜，安全可靠性較差，不利于在空間環境的應用。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的結構復雜、安全可靠性較差、使用周期短的問題，本發明提供了一種一體化小型熔鹽堆，使結構大幅簡化，安全可靠性高，可長期高效穩定運行。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種一體化小型熔鹽堆，所述一體化小型熔鹽堆的堆本體包括燃料鹽、熱管、堆芯容器、側反射層、中子吸收體、控制鼓、包殼和下反射層，所述堆芯容器和所述熱管一體化設計，所述熱管部分或全部插入所述堆芯容器中，并與所述堆芯容器相固定，所述燃料鹽填充于所述堆芯容器的內部，所述堆芯容器與所述燃料鹽的液面之間圍合形成一空腔，所述堆芯容器的外壁圍設有所述側反射層，所述側反射層中設有所述控制鼓，所述控制鼓一側設有所述中子吸收體，所述堆芯容器的底部設有所述下反射層，所述包殼圍設于所述側反射層和所述下反射層的外部。

在上述技術方案中，所述熱管插入所述堆芯容器的深度占所述堆芯容器高度的百分比為10％～100％。

在上述技術方案中，所述熱管的根數為10～1000。

在上述技術方案中，所述空腔的高度占所述堆芯容器的高度的百分比為5％～20％。

在上述技術方案中，所述燃料鹽為高沸點熔鹽，較佳地為氟鹽或氯鹽。

在上述技術方案中，所述堆芯容器、所述熱管、所述包殼的結構材料為高溫耐腐蝕耐輻照材料，獨立較佳地為Mo-Re合金。

在上述技術方案中，所述熱管的工作介質為金屬，較佳地為鋰。

在上述技術方案中，所述側反射層、所述下反射層和所述控制鼓的材料為強中子反射能力材料，獨立較佳地為氧化鈹。

在上述技術方案中，所述中子吸收體的材料為強中子吸收能力材料，較佳地為碳化硼。