[發(fā)明專利]在核裂變反應(yīng)堆中的被動(dòng)反應(yīng)性控制

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780076680.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110073443A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰西·R·奇塔姆三世;J·R·吉爾蘭;J·D·麥克沃特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 泰拉能源公司
• 主分類號(hào): G21C7/02
• 分類號(hào): G21C7/02;G21C7/30
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 陳俞;楊明釗

核反應(yīng)堆包括位于核反應(yīng)堆堆芯中的被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置。被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置包括多壁燃料室，其具有外壁室和被包含在外壁室內(nèi)的內(nèi)壁室。內(nèi)壁室被定位于外壁室內(nèi)以將在熔融燃料狀態(tài)下的核燃料保持在高中子價(jià)值區(qū)域內(nèi)。當(dāng)核燃料的溫度滿足負(fù)反應(yīng)性反饋膨脹溫度條件時(shí)，內(nèi)壁室允許核燃料的至少一部分以熔融燃料狀態(tài)移動(dòng)到較低中子價(jià)值區(qū)域同時(shí)熔融核燃料保持在內(nèi)壁室內(nèi)。導(dǎo)管包含多壁燃料室，并使導(dǎo)熱流體流過(guò)導(dǎo)管并與外壁室熱連通。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求標(biāo)題為“Passive Reactivity Control in a Nuclear FissionReactor”且于2016年12月22日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/438,323號(hào)的優(yōu)先權(quán)利益，該臨時(shí)專利申請(qǐng)針對(duì)其公開(kāi)內(nèi)容或教導(dǎo)特別地通過(guò)引用被并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及在核裂變反應(yīng)堆中的反應(yīng)性控制，沒(méi)有限制地包括與其相關(guān)的結(jié)構(gòu)、材料、和操作。

背景

快譜核裂變反應(yīng)堆(“快中子反應(yīng)堆”)，例如鈉快反應(yīng)堆，通常包括包含核反應(yīng)堆堆芯的反應(yīng)堆容器。核反應(yīng)堆堆芯包括用于放置燃料組件裝置和其他反應(yīng)堆支撐和控制裝置的裝置位置的陣列。在核反應(yīng)堆堆芯內(nèi)的裂變核燃料受到中子碰撞，其導(dǎo)致裂變反應(yīng)。在增殖和燃燒快中子反應(yīng)堆中，裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生“快譜中子”，這些中子又與增殖性的核燃料碰撞，從而將增殖性的核燃料轉(zhuǎn)化(“增殖”)為裂變核燃料。液態(tài)冷卻劑流經(jīng)核反應(yīng)堆堆芯，從在核反應(yīng)堆堆芯中發(fā)生的核裂變反應(yīng)中吸收熱能。然后，加熱的冷卻劑進(jìn)入熱交換器和蒸汽發(fā)生器，將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽，以便驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電的渦輪機(jī)。這種核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)涉及材料、結(jié)構(gòu)、和控制系統(tǒng)的組合以實(shí)現(xiàn)理想的操作參數(shù)，包括核反應(yīng)堆堆芯穩(wěn)定性、高效熱生成、長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)完整性等。

概述

所描述的技術(shù)提供了一種快速作用的被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置，其在高中子通量下通過(guò)液態(tài)/熔融核燃料的熱膨脹起作用并對(duì)核裂變快反應(yīng)堆引入負(fù)功率反饋。

核反應(yīng)堆包括位于核反應(yīng)堆堆芯中的被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置。被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置包括多壁燃料室，其包括外壁室和被包含在外壁室內(nèi)的內(nèi)壁室。內(nèi)壁室被定位于外壁室內(nèi)以將在熔融燃料狀態(tài)下的核燃料保持在核反應(yīng)堆堆芯的高中子價(jià)值區(qū)域內(nèi)。內(nèi)壁室還被配置成當(dāng)內(nèi)壁室的內(nèi)部溫度滿足負(fù)反應(yīng)性反饋膨脹溫度條件時(shí)允許核燃料的至少一部分在熔融燃料狀態(tài)下移動(dòng)到核反應(yīng)堆堆芯的較低中子價(jià)值區(qū)域，同時(shí)熔融核燃料保持在內(nèi)壁室內(nèi)。導(dǎo)管包含多壁燃料室，并使導(dǎo)熱流體流過(guò)導(dǎo)管并與外壁室熱連通。導(dǎo)熱流體作為冷卻劑來(lái)操作，并且導(dǎo)熱流體的流動(dòng)溫度通常小于在核反應(yīng)期間在內(nèi)壁室內(nèi)的溫度。

提供這個(gè)概述來(lái)以簡(jiǎn)化形式引入下面在詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一系列概念。本概述并不意欲識(shí)別所主張的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不意欲限制所主張的主題的范圍。其他實(shí)現(xiàn)方式也在本文中被描述和列舉。

附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1示出了具有包含被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置的核反應(yīng)堆堆芯的示例核裂變反應(yīng)堆的局部剖面透視圖。

圖2示出了具有包括被動(dòng)反應(yīng)性控制組件裝置的核反應(yīng)堆堆芯裝置的位置的陣列的示例核反應(yīng)堆堆芯的橫截面視圖。

圖3示出了包含在核反應(yīng)堆堆芯的高中子價(jià)值區(qū)域內(nèi)的在固態(tài)燃料狀態(tài)下的核燃料的示例被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置的橫截面視圖。

圖4A示出了被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置沿著長(zhǎng)軸的透視圖，以及圖4B示出了被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置沿著長(zhǎng)軸的橫截面視圖。

圖5示出了包含在核反應(yīng)堆堆芯的高中子價(jià)值區(qū)域內(nèi)的熔融燃料的示例被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置的橫截面視圖。

圖6示出了包含在核反應(yīng)堆堆芯的高中子價(jià)值區(qū)域之外膨脹的熔融燃料的示例被動(dòng)反應(yīng)性控制核燃料裝置的橫截面視圖。