[发明专利]在核裂变反应堆中的被动反应性控制

说明书

核反应堆包括位于核反应堆堆芯中的被动反应性控制核燃料装置。被动反应性控制核燃料装置包括多壁燃料室，其具有外壁室和被包含在外壁室内的内壁室。内壁室被定位于外壁室内以将在熔融燃料状态下的核燃料保持在高中子价值区域内。当核燃料的温度满足负反应性反馈膨胀温度条件时，内壁室允许核燃料的至少一部分以熔融燃料状态移动到较低中子价值区域同时熔融核燃料保持在内壁室内。导管包含多壁燃料室，并使导热流体流过导管并与外壁室热连通。

相关申请的交叉引用

本申请要求标题为“Passive Reactivity Control in a Nuclear FissionReactor”且于2016年12月22日提交的美国临时专利申请第62/438,323号的优先权利益，该临时专利申请针对其公开内容或教导特别地通过引用被并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及在核裂变反应堆中的反应性控制，没有限制地包括与其相关的结构、材料、和操作。

背景

快谱核裂变反应堆(“快中子反应堆”)，例如钠快反应堆，通常包括包含核反应堆堆芯的反应堆容器。核反应堆堆芯包括用于放置燃料组件装置和其他反应堆支撑和控制装置的装置位置的阵列。在核反应堆堆芯内的裂变核燃料受到中子碰撞，其导致裂变反应。在增殖和燃烧快中子反应堆中，裂变链式反应产生“快谱中子”，这些中子又与增殖性的核燃料碰撞，从而将增殖性的核燃料转化(“增殖”)为裂变核燃料。液态冷却剂流经核反应堆堆芯，从在核反应堆堆芯中发生的核裂变反应中吸收热能。然后，加热的冷却剂进入热交换器和蒸汽发生器，将所吸收的热能转换为蒸汽，以便驱动产生电的涡轮机。这种核反应堆的设计涉及材料、结构、和控制系统的组合以实现理想的操作参数，包括核反应堆堆芯稳定性、高效热生成、长期结构完整性等。

概述

所描述的技术提供了一种快速作用的被动反应性控制核燃料装置，其在高中子通量下通过液态/熔融核燃料的热膨胀起作用并对核裂变快反应堆引入负功率反馈。

核反应堆包括位于核反应堆堆芯中的被动反应性控制核燃料装置。被动反应性控制核燃料装置包括多壁燃料室，其包括外壁室和被包含在外壁室内的内壁室。内壁室被定位于外壁室内以将在熔融燃料状态下的核燃料保持在核反应堆堆芯的高中子价值区域内。内壁室还被配置成当内壁室的内部温度满足负反应性反馈膨胀温度条件时允许核燃料的至少一部分在熔融燃料状态下移动到核反应堆堆芯的较低中子价值区域，同时熔融核燃料保持在内壁室内。导管包含多壁燃料室，并使导热流体流过导管并与外壁室热连通。导热流体作为冷却剂来操作，并且导热流体的流动温度通常小于在核反应期间在内壁室内的温度。

提供这个概述来以简化形式引入下面在详细描述中进一步描述的一系列概念。本概述并不意欲识别所主张的主题的关键特征或本质特征，也不意欲限制所主张的主题的范围。其他实现方式也在本文中被描述和列举。

附图的简要说明

图1示出了具有包含被动反应性控制核燃料装置的核反应堆堆芯的示例核裂变反应堆的局部剖面透视图。

图2示出了具有包括被动反应性控制组件装置的核反应堆堆芯装置的位置的阵列的示例核反应堆堆芯的横截面视图。

图3示出了包含在核反应堆堆芯的高中子价值区域内的在固态燃料状态下的核燃料的示例被动反应性控制核燃料装置的横截面视图。

图4A示出了被动反应性控制核燃料装置沿着长轴的透视图，以及图4B示出了被动反应性控制核燃料装置沿着长轴的横截面视图。

图5示出了包含在核反应堆堆芯的高中子价值区域内的熔融燃料的示例被动反应性控制核燃料装置的横截面视图。

图6示出了包含在核反应堆堆芯的高中子价值区域之外膨胀的熔融燃料的示例被动反应性控制核燃料装置的横截面视图。