[发明专利]一种适用于磁流体发电机的脉冲核反应堆及其控制方法

说明书

本发明公开一种适用于磁流体发电机的脉冲核反应堆及其控制方法，利用脉冲核反应堆结合磁流体发电机实现裂变能快速转化为电能并直接输出高功率脉冲电流；主动停堆和被动停堆均为非能动设计，实现临界安全特性，降低事故风险；保证整体磁流体发电机和脉冲核反应堆高效安全运行，使脉冲核反应堆更加适用于运用在为磁流体发电机提供高温高压气体工质的核反应堆中，使磁流体发电机能够输出高功率电脉冲。

技术领域

本发明属于核反应堆技术领域，特别是涉及一种适用于磁流体发电机的脉冲核反应堆及其控制方法。

背景技术

开放式核能磁流体发电系统/空间核电源，基于美国和苏联在20世纪60年代研发的核火箭技术(通过核反应堆加热液氢到高温气态，高速向外喷射产生大推力)和磁流体发电技术，形成开放式核能磁流体发电系统。其输出电功率高，稳定功率可达100MWe以上，瞬时功率可达吉瓦量级，核反应堆采用NERVA型核火箭反应堆或UF4气体堆芯核反应堆。2000年以后，深空探测的需求导致了美、俄、日等国提出了新的核能磁流体空间电源概念方案，特点是输出电功率降低(MW～百MW级)，采用非平衡电离磁流体技术以降低工作温度，采用气体堆芯核反应堆或高温气冷堆延长系统寿命，满足长期工作的需要。

常规的核反应堆无法配合磁流体发电机实现脉冲电源的功能，无法持续输出高功率电脉冲；现有的脉冲核反应堆储能密度低、体积大且质量重；堆芯的使用寿命有限，且无法快速恢复到预备状态；并且现有的核反应堆的通常通过外界动力源操控控制棒下落，实现反应堆的主动停堆功能，无法保证临界安全，具有较高的事故风险。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种适用于磁流体发电机的脉冲核反应堆及其控制方法，利用脉冲核反应堆结合磁流体发电机实现裂变能快速转化为电能并直接输出高功率脉冲电流；主动停堆和被动停堆均为非能动设计，实现临界安全特性，降低事故风险；保证整体磁流体发电机和脉冲核反应堆高效安全运行，使脉冲核反应堆更加适用于运用在为磁流体发电机提供高温高压气体工质的核反应堆中，使磁流体发电机能够输出高功率电脉冲。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于磁流体发电机的脉冲核反应堆，包括水箱和置于水箱内部的堆芯，在水箱和堆芯之间填充有水；所述堆芯包括镜像对称分布的左区域堆芯和右区域堆芯，在所述左区域堆芯和右区域堆芯的中间间隔设置有辅助连接机构；所述左区域堆芯和右区域堆芯的组成结构相同，均包括脉冲堆；

所述脉冲堆包括容器、固定支撑板、圆柱形堆芯模块和控制棒，所述固定支撑板依次并列设置在容器内，多个所述圆柱形堆芯模块均匀架设于固定支撑板内，每个圆柱形堆芯模块的工质出口端均与磁流体发电机中相对应的发电通道相连接，所述控制棒分布设置在各圆柱形堆芯模块之间。

进一步的是，所述圆柱形堆芯模块包括承压筒、气体喷嘴和核反应单体，所述核反应单体置于承压筒内，所述气体喷嘴设置在承压筒的一端，所述气体喷嘴供工质气体流动；所述核反应单体包括至少一个六边形的燃料组件，在所述燃料组件周围与承压筒之间的区域填充有耐高温材料。

进一步的是，所述燃料组件包括多个薄膜型燃料元件组装构成的蜂巢式结构，在所述燃料元件的首尾两端通过定位结构件固定。六边形燃料组件的外围不采用其它额外结构件进行约束，以保证相邻两个六边形燃料组件界面处的气体通道是完整的。

进一步的是，所述燃料元件为三棱军刺结构，包括3条棱、连接相邻棱的下凹式圆弧面和置于轴心的盲孔；所述盲孔尾端为与外部连通的开口，所述盲孔的首端为置于燃料元件内的封闭结构，在盲孔中灌装有冷却水；每6个燃料元件排列组装后，相邻燃料元件的棱相互支撑定位，由相邻的圆环面形成一个圆形气体通道，气体工质在所述圆形气体通道内流通；在所述棱的表面上间隔设置有平槽且通过平槽连通不同的圆形气体通道。所述圆弧面的圆弧所张圆心角为60°；在所述圆弧面和棱上镀有微米级厚度的高富集铀合金燃料层。