一种移动式的热管反应堆防撞系统技术方案

本申请涉及一种移动式的热管反应堆防撞系统，在将热管反应堆运用于设计和建造可移动式核反应堆系统时，需更多考虑到在移动过程中撞击因素带来的安全隐患。防撞管的结构包括内管、外管及两管间的缓冲层；内管中填充有中子吸收材料，内管内壁与侧反射层外侧面之间形成中子吸收材料的流动区域。本申请的防撞系统通过在管内预装硼酸等中子吸收材料，确保在通过运输工具进行运输移动小型热管反应堆的过程中，特别是启动、刹车、或受到外界撞击、突发碰撞事故时，能及时阻止核辐射泄漏，从而保障人身、设备及环境安全。热管反应堆防撞系统可以适合于各类移动式乃至固定式核能系统，在边远地区、海岛、太空及军民融合等许多领域都可以得到重要应用。得到重要应用。得到重要应用。

【技术实现步骤摘要】
一种移动式的热管反应堆防撞系统


[0001]本申请属于包括核能领域在内的能源领域以及机械设备领域，是一种移动式的热管反应堆防撞系统。

技术介绍

[0002]热管反应堆作为一种新兴的反应堆，具有很好的可操控性以及最优的热瞬态反馈性能，同时具有很高的可靠性和最低保养要求，在宇宙探索、资源开发、核能装置小型化上有着广泛的运用与研究。热管反应堆的每根热管各自独立，同时设计中具有很大的热传输余量，单根或数根热管损坏后，热量可通过邻近热管传出堆外，不会造成反应堆系统失效。
[0003]目前，国外小型空间核反应堆Kilopower的测试的完成表明小型热管反应堆在航空、海洋探索中应用取得了实质性进展，而国内关于热管反应堆的研究尚处于起步阶段，完成了针对空间堆热管运行参数的计算、空间堆用热管辐射器的数值模拟等。进一步的，我国又提出将热管同温差发电结合，旨在获得结构简单、可移动、高可靠性的静默式热管反应堆的方案。包括移动式的各类型反应堆虽然在研发过程之中，但主要还是集中于堆芯物理热工设计、材料选择及自身安全特性等内容。将热管反应堆运用于设计和修建这类可移动式核反应堆时，在通过运输工具对其进行运输、移动的过程中，特别是在启动、刹车时来自外界的撞击对会反应堆造成的危害，也会对周边环境造成危害，所以，必须应予以考虑系统及环境安全，并通过防撞措施来降低灾害发生时的风险，但目前缺少相关研究。
[0004]在移动式热管反应堆的整体系统中，不仅要考虑系统设备的可用性，还要考虑反应堆的放射特性，设计并增加热管反应堆防撞系统是十分必要的。该种方法适应性强、更换方便、可采取多种组合方式。这样，在移动式小型热管反应堆的运输、移动过程中，特别是启动、刹车等特殊情况时候，就有利于充分保护反应堆系统及环境的安全，同时也可以提高系统的耐用性和经济实用性。
[0005]申请内容
[0006]为对移动式的热管反应堆提供防撞保护，本申请提供一种移动式的热管反应堆防撞系统，提高防撞性能同时在发生撞击破损时实现对核反应堆的冷却和阻止泄漏。当可移动式热管反应堆在移动、运输过程中，特别是启动、刹车中遭受撞击时，内外防撞管、管间缓冲层、侧反射层铅外壳能够吸收大部分撞击力从而保护侧反射层不被破坏。当撞击力增大到破坏侧反射层时，内管内的中子吸收材料能够及时流入堆芯冷却终止反应，阻止核泄漏。
[0007]本申请采用的技术方案如下：
[0008]一种移动式的热管反应堆防撞系统，所述防撞管的结构包括内管和外管，所述内管内壁两侧设有向外的延伸部，所述延伸部与热管反应堆外壁连接；所述内管中填充有中子吸收材料，内管内壁与所述热管反应堆外壁之间形成所述中子吸收材料的流动区域；所述外管罩设于所述内管的外部，所述外管内壁与所述内管外壁之间形成间隙，其内填充有缓冲层，且外管内壁与内管外壁之间连接有加强筋。
[0009]进一步技术方案为：
[0010]所述防撞管的布置类型为螺旋形、S形或者直线形，并布置在热管反应堆外壁。
[0011]各类型布置形式的防撞管沿热管反应堆的周向呈等间距分布，且各防撞管的内管一端交汇至一总管道，所述总管道与外部的中子吸收材料的储存装置连接。确保有足够中子吸收材料流入堆芯。
[0012]所述热管反应堆外壁为设置在侧反射层最外侧的一层铅壳或钢板材料，对侧反射层进行包裹覆盖，以减小撞击时对侧反射层的破坏。
[0013]所述中子吸收材料采用硼酸溶液、铪酸铕或碳酸硼；
[0014]所述硼酸溶液的溶度为3000μg/g
‑
50000μg/g，能够在损害堆芯时防止核泄漏。
[0015]所述热管反应堆外壁整个表面、及外管外壁整个表面上设有柔性材料涂层，以吸收部分撞击力。
[0016]所述加强筋沿管壁长度方向延伸，并沿周向均匀分布，每个加强筋上开有若干小孔，加强局部强度并防止加强筋受外力冲击变形后破坏内管。
[0017]所述内管采用钢、金属基陶瓷复合材料、钛合金或哈式合金；所述外管采用泡沫铝、极限压缩的石墨烯材料、纤维素纳米纤维、水凝胶复合材料或合金钢；所述缓冲层采用海绵、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或超强聚乙烯纤维。
[0018]所述外管与内管连接成的套管结构的横截面为弧形或方形。
[0019]所述延伸部内侧与所述热管反应堆外壁焊接；所述延伸部外侧与外管通过紧固件可拆卸式连接。
[0020]本申请的有益效果如下：
[0021]本申请的防撞系统通过在管内预装硼酸等中子吸收材料，确保在热管反应堆受撞击时及时阻止核辐射泄漏，来减轻因撞击带来的泄漏危险，有效的提高了小型热管反应堆的安全性能，保障人身、设备及环境安全。
[0022]本申请的防撞系统设置了多道防护屏障，包括外管及其外部防撞涂层，内管、缓冲层及加强筋、以及内管中填充的中子吸收材料；外管、内管及两者之间的部件作为物理屏障，可应对不同强度的撞击力；加强筋提升抗拉强度的同时，通过小孔能吸收部分撞击力，防止受力冲击时加强筋直接压入内管，从而减小对内部防撞结构的影响；缓冲层可进一步吸收撞击力；内管中填充的中子吸收材料作为化学屏障，配合物理屏障的结构，在出现撞击损坏时，可实现向反应堆内部的有序和持续流动。
[0023]本申请的防撞系统安装方便、布置形式多样、经济型好，能适应各种热管反应堆的防撞保护布置要求。可用于各种需提供防撞保护的各类小型核反应堆特别是移动式热管反应堆上，并广泛应用于保护综合能源系统、空间核反应堆、深海、移动式、军民融合等广泛领域。
附图说明
[0024]图1为本申请实施例的单个防撞管横截面的结构示意图。
[0025]图2为本申请实施例的多个防撞管安装至热管反应堆上的结构示意图。
[0026]图3为图2中A
‑
A截面的示意图。
[0027]图4为本申请实施例的内管与外管局部连接结构示意图。
[0028]图中：1、柔性材料涂层；2、外管；3、加强筋；4、缓冲层；5、流动区域；6、内管；7、固定
螺栓；8、侧反射层；9、延伸部；10、防撞管；11、控制转鼓；12、热管燃料元件及石墨栅格区；13、安全棒；14、热管反应堆；15、总管道；16、小孔；17、铅壳。
具体实施方式
[0029]以下结合附图说明本申请的具体实施方式。
[0030]本实施例的移动式的热管反应堆防撞系统，如图1所示，防撞管10的结构包括内管6和外管2，内管6的内侧两端设有向外的延伸部9，其与热管反应堆14外壁连接；内管6中填充有中子吸收材料，内管6内壁与热管反应堆14外壁之间形成中子吸收材料的流动区域5；
[0031]外管2罩设于内管6的外侧，外管2内壁与内管6外壁之间形成间隙，其内填充有缓冲层4，且外管2内壁与内管6外壁之间连接有加强筋3。
[0032]热管反应堆14的内部结构如图3所示，热管反应堆14内部靠近外壁的为侧反射层8，热管反应堆14外壁为设置在侧反射层8最外侧的一层铅壳17或钢板材料。侧反射层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动式的热管反应堆防撞系统，其特征在于，所述防撞管(10)的结构包括内管(6)和外管(2)，所述内管(6)内壁两侧设有向外的延伸部(9)，所述延伸部(9)用于与热管反应堆(14)外壁连接；所述内管(6)中填充有中子吸收材料，内管(6)内壁与热管反应堆(14)外壁之间形成所述中子吸收材料的流动区域(5)；所述外管(2)罩设于所述内管(6)的外部，外管(2)内壁与内管(6)外壁之间形成间隙，其内填充有缓冲层(4)，且外管(2)内壁与内管(6)外壁之间连接有加强筋(3)。2.根据权利要求1所述的移动式的热管反应堆防撞系统，其特征在于，所述防撞管(10)的布置类型为螺旋形、S形或者直线形，并布置在热管反应堆(14)外壁。3.根据权利要求2所述的移动式的热管反应堆防撞系统，其特征在于，各类型布置形式的防撞管(10)沿热管反应堆(14)的周向呈等间距分布，且各防撞管(10)的内管(6)一端交汇至一总管道(15)，所述总管道(15)与外部的中子吸收材料的储存装置连接。4.根据权利要求1所述的移动式的热管反应堆防撞管系统，其特征在于，所述热管反应堆(14)外壁为设置在侧反射层(8)最外侧的一层铅壳(17)或钢板材料，对侧反射层(8)进行包裹覆盖，以减小撞击时对侧反射层(8)的破坏。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，唐剑宇，刘文斌，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：