[发明专利]一种分离式热管反应堆

说明书

本发明公开了一种分离式热管反应堆，整个分离式热管反应堆的堆芯由两个相同的半堆芯组成；反应堆堆芯的基本组件是堆芯热管和燃料元件，堆芯热管在燃料元件间布置；反应堆中堆芯热管穿过轴向反射层，在反应堆堆芯外形成一个带有长热管的热交换器；长热管的蒸发段插入热交换器中，在穿过屏蔽层后与能量转换装置相连，从而实现热能到电能的转换；反应堆的一个半堆芯固定在屏蔽层上，另一半堆芯连接到机械摆臂上，机械摆臂的一端与屏蔽层外的一个枢轴连接，通过机械摆臂的摆动来控制两个半堆芯之间的间距，进而来控制反应堆的反应性；在整个反应堆的上端布置有一个安全锁，用来限制机械摆臂摆动时引入的反应性大小，还可以实现反应堆的紧急停堆。

技术领域

本发明涉及核反应堆动力系统设计技术领域，具体涉及一种分离式热管反应堆。

背景技术

随着能源技术的不断发展，各种特殊场景中对能源系统的要求越来越高，比如空间航天器、星球表面能源站、陆地可移动式电源等。这类能源的需要在很长一段时间内具有高可靠性，并且要紧凑、体积小、重量轻。电池和太阳能等是目前主要的能源选择，但是无法满足这类特殊能源的需求。

当前，随着反应堆技术的不断发展和成熟，反应堆电源逐渐进入人们的视野，俨然已经成为特殊任务所需能源的最佳选择。热管反应堆电源可以提供长寿期、高可靠性、体积小、重量轻的能源供应；无需压力容器，同时也不需要众多冷却剂回路机械，例如泵、增压器、旋转密封件和轴承等。

发明内容

为了满足上述特殊任务场景对能源的特殊需求，本发明的目的在于提供一种分离式热管反应堆，为不同任务场景提供长时、可靠的电力供应，满足这类能源需要在很长一段时间内具有高可靠性，并且要紧凑、体积小、重量轻的要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分离式热管反应堆，整个分离式热管反应堆的堆芯包括两个相同的半堆芯1，两个半堆芯1向心布置，在中间形成有一定间距的中心间隙9，并通过调节中心间隙的间距来进行反应性控制；半堆芯1的基本组件是堆芯热管2和燃料元件11，堆芯热管2在燃料元件11间布置；在反应堆堆芯的径向上增加了一个带隔热层的径向反射层12，径向反射层12既能够反射中子，还能够承受来自反应堆堆芯的径向热膨胀载荷；反应堆中堆芯热管2穿过轴向反射层13，在反应堆堆芯外形成热交换器3，热交换器3带有长热管5，在轴向反射层13和燃料元件11间有一个裂变气体腔室14，能够容纳燃料元件释放的裂变气体；长热管5的蒸发段插入热交换器3中，绝热段穿过屏蔽层6，冷凝段与能量转换装置相连，实现热能到电能的转换；屏蔽层6布置在反应堆堆芯和能量转换系统之间，防止能量转换装置受到来自堆芯的辐照损伤；反应堆的一个半堆芯1固定在屏蔽层6上，另一半堆芯1连接到一个机械摆臂4上，机械摆臂4的一端与屏蔽层6外的一个枢轴7连接，通过机械摆臂4的摆动来控制两个半堆芯1之间的中心间隙9的间距，进而来控制反应堆的反应性；在两个半堆芯1的临近端布置有安全板10，防止大的反应性输入；在整个反应堆的上端布置有一个反应性输入安全锁8，用来限制机械摆臂4摆动时引入的反应性大小，以免引入大的反应性，同时还能够实现反应堆的紧急停堆。

所述燃料元件11由裂变材料、含有4％体积分数的钨和20％的孔隙率组成，其中裂变材料由富集有U233或U235的金属陶瓷燃料碳化铀组成，其中钨用来在U-C-W系统中获得化学平衡，20％的孔隙率用来吸收裂变产物。

所述堆芯热管2的管壁和吸液芯材料为不锈钢，其内工质为钠。

所述长热管5的绝热段以弯曲的形态穿过屏蔽层6，以保证屏蔽层的有效屏蔽。

所述反应性输入安全锁8由安全锁驱动机构82和连杆81组成，连接杆81的一端与半堆芯1固定在一起，另一端连接安全锁驱动机构82；通过安全锁驱动机构82驱动控制连杆81来控制两个半堆芯1，反应性输入安全锁8用来限制机械摆臂4摆动过大而引入大的反应性，起到保护堆芯的作用；同时，在反应堆发生事故时，反应性输入安全锁8通过将两个半堆芯分开来实现反应堆的紧急停堆。