[发明专利]核反应堆堆芯

说明书

核反应堆的核心属于核能领域。核反应堆的核心包括至少一个组件、固体(4)和液体中子慢化剂。该模块包括外壳(1)、至少一根热管、至少一个发热元件和隔热层(5)。所述热管以装有灯芯(6)的壳体(2)的形式制成，并包含热载体。燃料元件由核燃料(8)制成，核燃料(8)位于其本体(2)周围热管的蒸发区，与本体(2)热接触，并封装在外壳(3)中。作为热管的热载体，使用高沸点的低熔点金属，例如锂、钙、铅和银。在模块的外壳(3)和外壳(1)之间放置隔热层(5)。在固体中子慢化剂(4)中至少开一个孔，其中至少放置一个模块。模块外壳(1)和固体中子慢化剂(4)之间的空间充满液体中子慢化剂。技术成果是提高了反应堆设施的效率，扩大了活性区的范围。

本发明涉及核能领域，可用于热能直接转化为堆芯外电能的反应堆，特别是热光光电反应堆。

带热管的已知活跃区[美国发明“热管冷却移动式快堆”申请号：2016/0027536A1，2016年1月22日出版]。

根据该应用，反应堆堆芯包含棒燃料元件阵列和封装在金属块中的热管。燃料元件包含核燃料、上部和下部中子反射器以及位于反射器上方和下方的气穴。热管包含一个密封的外壳，里面充满了蒸发的冷却剂和一个灯芯。热管的布置是为了将堆芯外部的热量传递给气体冷却剂——燃气轮机的工作流体(空气或二氧化碳)。涡轮入口的工作流体(空气)的最高温度约为1100K。

这种技术方案的缺点是堆芯出口冷却剂温度相对较低，不允许热能直接转化为电能。

在技术本质上，与所要求的技术解决方案最接近的是快堆SAIRS的活跃区[M.S.El-Genk,J-M.P.Tourner，“SAIRS”-可扩展的AMTEC集成反应堆空间动力系统//《核能进展》，第45卷，第1期，第25-34页，2004年]。

活动区包括60个模块，由热管和3个发热元件组成。这些模块彼此靠近，形成一个三角形的包。燃料元件的外壳通过铼三面体嵌入件焊接到热管的主体上，铼三面体嵌入件通过热传导将热量传递到热管。每个燃料元件的一端都有一个气腔。富集度为83.7％的氮化铀片为燃料。

这种技术解决方案的缺点是，堆芯出口处的冷却剂(1200K)温度相对较低，不允许有效地使用热电、热离子和热电功率转换器。

本发明的目的是消除这一缺点，即提高堆芯出口冷却剂的温度。

其技术成果是提高了核电站的效率，扩大了有源区的范围，特别是对于具有热光伏能量转换的反应堆。

为了消除核反应堆堆芯的这一缺陷，包括自主模块、燃料元件和热管，建议：

——·另外，在核反应堆的堆芯上安装有带孔的固体中子慢化剂；

——·为核心模块提供外壳，并将其放置在固体中慢化剂的孔中；

——·在模块外壳内布置热管和燃料元件；

——·燃料元件应当由核燃料制成，核燃料位于与之热接触的本体周围热管的蒸发区内，并封装在壳体中；

——·在燃料元件外壳和模块外壳之间的空间内放置隔热层；

——·模块和固体中子慢化剂之间的空间还填充有液体中子慢化剂。

在执行核反应堆堆芯的特殊情况下，建议：

——·第一，在模块箱中形成真空；

——·第二，在另一种特殊情况下，用低导热性的惰性气体(例如氙)填充模块；

——·第三，利用水作为液体中子慢化剂；

——·第四，在另一种特殊情况下，作为液体中子慢化剂，使用至少不超过-40℃的非冷冻液体，例如酒精水溶液；

——·第五，高沸点的低熔点金属，如锂、钙、铅、银等，应作为热管的热载体。