核裂变反应堆系统技术方案

本发明专利技术提供了一种核裂变反应堆系统，包括：堆芯区域，其包含燃料结构，所述燃料结构具有第一区域和与第一区域连续的第二区域，所述燃料结构配置为允许传播的核裂变爆燃波沿从第一区域到第二区域的传播路径的传播，所述传播路径包括从第二区域到第一区域的返回的至少一部分，所述燃料结构包括布置在第一区域的第一核裂变爆燃波点火器和布置在第二区域的第二核裂变爆燃波点火器。

【技术实现步骤摘要】
核裂变反应堆系统本申请是申请日为2007年11月26日、申请号为200780049881.4、专利技术名称为“用于在核反应堆中提供燃料的方法和系统”的专利技术专利申请的分案申请。
本申请涉及核反应堆，以及与其相关的系统、应用和装置。
技术实现思路
结合系统和方法，描述并说明了其以下的实施方式和方面，其意图为示例性的和说明性的，而不是对范围的限制。示例性的实施方式提供自动化的核裂变反应堆以及用于其运行的方法。示例性的实施方式和方面包括而不限于核裂变燃料的再次使用、替代燃料和燃料几何结构、模块化的燃料芯、快速流体冷却、可变烧尽、可编程的核调温器、快中子通量辐射、温度驱动的中子吸收、低冷却剂温度芯、燃料补给等。除了以上所述的示例性的实施方式和方面，通过参考附图和通过研究以下详细描述，其他的实施方式和方面将会变得明显。附图说明在引用的附图中，说明了示例性的实施方式。其意图为认为此处所公开的实施方式和附图是说明性的，而不是限制性的。图1A示意性地示出示例性的核裂变反应堆；图1B和1C描绘了截面vs中子能；图1D至1H示出在核裂变反应堆开机运行的时间期间的相对浓度；图1I和1J示意性地示出示例性的核裂变反应堆芯组件；图2A至2C示意性地示出示例性的核裂变燃料组件；图3A至3D示意性地示出示例性的核裂变燃料几何结构；图4示意性地示出示例性的非连续的核裂变燃料材料；图5示意性地示出示例性的模块化的核裂变燃料芯；图6A至6C示意性地示出示例性的模块化的核裂变设施；图7示意性地示出示例性的快速流体冷却；图8示意性地示出示例性的核裂变燃料的可变烧尽；图9A示意性地示出示例性的核裂变燃料的可编程的温度调节；图9B描绘了运行温度曲线图；图10A和10B示意性地示出材料的示例性核辐射；图11A至11C示意性地示出核反应性的示例性温度控制；图12示意性地示出示例性的低冷却剂温度核裂变反应堆；图13示意性地示出示例性的核裂变燃料的去除；以及图14A和14B示意性地示出示例性的核裂变爆燃波的再次传播。具体实施方式概括地说，各实施方式提供自动化的核裂变反应堆以及用于其运行的方法。全部通过非限制性举例的方式给出，将首先描述示例性的反应堆、堆芯核物理范例以及运行的细节。然后，将描述关于几个示例性的实施方式和方面的细节，例如但不限于，核裂变燃料的再次使用、替代燃料和燃料几何结构、模块化的燃料芯、快速流体冷却、可变烧尽、可编程的核调温器、快中子通量辐射、温度驱动的中子吸收、低冷却剂温度芯、燃料补给等。现在参考图1A，通过举例而不是限制的方式给出，核裂变反应堆10作为在此描述的实施方式和方面的示例性的载体环境(hostenvironment)。尽管考虑了反应堆10的许多实施方式，但在许多所考虑的反应堆10的实施方式中，共同的特性是核裂变爆燃波，或“焚烧波前端(burnfront)”的产生和传播。考虑事项在讨论反应堆10的细节之前，反应堆10的实施方式背后的一些考虑事项将通过概述的方式给出，而不是解释为限制。反应堆10的一些实施方式反映了达到下面讨论的所有注意事项。另一方面，反应堆10的一些其他实施方式反映了达到所选的注意事项，而不需要满足下面讨论的所有考虑事项。下面讨论的部分包括摘自以下论文的信息：AspenGlobalChangeInstitute的2003年7月的研讨会上展示的EdwardTeller、MurielIshikawa、LowellWood、RoderickHyde和JohnNukolls的、题为“CompletelyAutomatedNuclearPowerReactorsForLong-TermOperation:III.EnablingTechnologyForLarge-Scale,Low-Risk,AffordableNuclearElectricity”，UniversityofCaliforniaLawrenceLivermoreNationalLaboratory，出版号为UCRL-JRNL-122708(2003)。(该论文是为提交到2003年11月30日的Energy,TheInternationalJournal而准备的)，其全部内容通过引用合并于此。预想的用于反应堆10的实施方式中的核裂变燃料通常是普遍可得的，例如但不限于铀(天然的、贫化的或浓缩的)、钍、钚，或者甚至先前燃烧过的核裂变燃料组件。此外，可在反应堆10的实施方式中使用不那么普遍可得的核裂变燃料，例如但不限于，其他锕系元素或其同位素。虽然反应堆10的实施方式考虑以满功率在约1/3个世纪至1/2个世纪或更久的量级的时间长期运行，但反应堆10的一些实施方式的方面不考虑核燃料补给(而是考虑在寿命终止时就地掩埋)，而反应堆10的实施方式的一些方面考虑核燃料补给一些核燃料补给发生在停机期间而，一些核燃料更换发生在开机运行期间。也考虑到，可避免核裂变燃料的回收，因而降低了转移为军事用途的可能性以及减缓了其他问题。反应堆10的实施方式背后的其他考虑事项包括以明显安全的方式处理在运行过程中产生的长期存在的放射性。预期地，反应堆10能够减缓由于操作者的失误引起的伤害、例如冷却剂损失事故(LOCA)的严重事故，等等。在一些方面，可以以低风险并且廉价的方式来实现停止运行。因此，反应堆10的一些实施方式可能需要位于地下，从而解决放射性到生物圈中的大的、突然的释放或小的、稳态的释放。反应堆10的一些实施方式可能需要最小化操作者的控制，因而尽可能实际地自动化那些实施方式。在一些实施方式中，考虑了面向生命周期的设计(life-cycle-orienteddesign)，其中反应堆10的那些实施方式可以以尽可能实际地完全自动的方式，从启动一直运行到寿命终止而停机。反应堆10的一些实施方式为其自身提供模块化的构造。最后，可根据高功率密度来设计反应堆10的一些实施方式。反应堆10的各种实施方式的一些特性起因于一些上面的考虑事项。例如，同时满足实现以全功率运行1/3-1/2个世纪(或更久)而无核燃料补给以及避免核裂变燃料的回收的愿望就需要使用快中子能谱。如另一个实例，在一些实施方式中，对反应堆10例如通过强的快中子吸收剂在局部反应上实现的负反馈而设计有负的反应性温度系数(ατ)。如进一步的实例，在反应堆10的一些实施方式中，分布式的调温器使核裂变燃料燃烧的传播核裂变爆燃波模式成为可能。该模式同时允许非浓缩的锕系燃料，例如天然铀或钍的高平均烧尽，并且允许在芯的燃料充入中使用可核裂变材料的适度同位素浓缩的相当小的“核裂变点火器”区域。如另一个实例，在反应堆10的一些实施方式中，在主芯和次芯冷却中提供多重冗余(multipleredundancy)。核裂变反应堆的示例性的实施方式既然已描述了在反应堆10的一些实施方式背后的一些考虑事项，将解释关于反应堆10的示例性的实施方式的进一步的细节。应强调，反应堆10示例性的实施方式的下列描述只是通过非限制性举例的方式给出，而不是通过限制的方式给出。如上所述，考虑了反应堆10的几个实施方式，还有反应堆10的进一步的方面。在讨论了关于反应堆10的示例性的实施方式的细节之后，也将讨论其他的实施方式和方面。仍然参考图1A，反应堆10的示例性的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核裂变反应堆系统，包括：堆芯区域，其包含燃料结构，所述燃料结构具有第一区域和与第一区域连续的第二区域，所述燃料结构配置为允许传播的核裂变爆燃波沿从第一区域到第二区域的传播路径的传播，所述传播路径包括从第二区域到第一区域的返回的至少一部分，所述燃料结构包括布置在第一区域的第一核裂变爆燃波点火器和布置在第二区域的第二核裂变爆燃波点火器。

【技术特征摘要】
2006.11.28 US 11/605,8481.一种核裂变反应堆系统，包括：堆芯区域，其包含燃料结构，所述燃料结构具有第一区域和与第一区域连续的第二区域，所述燃料结构配置为允许传播的核裂变爆燃波沿从第一区域到第二区域的传播路径的传播，所述传播路径包括从第二区域到第一区域的返回的至少一部分，所述燃料结构包括布置在第一区域的第一核裂变爆燃波点火器和布置在第二区域的第二核裂变爆燃波点火器。2.如权利要求1所述的核裂变反应堆系统，其中所述传播路径包括沿第一方向的第一部分，并且其中所述返回的至少一部分沿着第一方向。3.如权利要求1所述的核裂变反应堆系统，其中所述传播路径包括沿第一方向的第一部分，并且其中所述返回的至少一部分与第一方向相反。4.如权利要求1所述的核裂变反应堆系统，其中：所述燃料结构包括在所述传播的核裂变爆燃波前面的第一中子环境；以及沿所述返回的至少一部分的不同于所述第一中子环境的第二中子环境。5.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德里克A海德，穆里尔Y伊什克瓦，内森P米佛德，小洛厄尔L伍德，
申请(专利权)人：泰拉能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US