行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法技术

一种行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法。在行波核裂变反应堆中，核裂变反应堆燃料组件包含多根核裂变燃料棒，多根核裂变燃料棒暴露给爆燃波燃烧波前端，该爆燃波燃烧波前端又行进通过燃料棒。通过多个可移动中子吸收剂结构控制过剩反应，该多个可移动中子吸收剂结构有选择地插入燃料组件中和从燃料组件中拔出以便控制过剩反应，因此控制燃烧波前端的位置、速度和形状。控制燃烧波前端的位置、速度和形状来管理燃料组件结构材料接受的中子注量，以便降低温度和对结构材料的辐射损伤的风险。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请一般涉及核反应的控制，尤其涉及行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法。
技术介绍
众所周知，在正在运行的核裂变反应堆中，已知能量的中子被具有大原子质量的核素吸收。所产生的复合核分解成包括两个较小原子质量裂变碎片的裂变产物以及衰变产物。已知通过所有能量的中子经受这样的裂变的核素包括铀-233，铀-235和钚-239，它们都是可裂变核素。例如，动能为0.0253eV(电子伏特)的热中子可用于使U-235原子核裂变。作为可增殖核素的钍-232和铀-238将不经受诱发裂变，除非利用动能为至少1MeV(兆电子伏特)的快中子。从每个裂变事件中释放的总动能是大约200MeV。这种动能最终转化成热。此外，从初始中子源开始的裂变过程释放出额外的中子，并且将动能转化成热。这导致了伴随着持续能量释放的自持链式裂变反应。在1963年6月11日以Richard F.Post等人的名字颁发和专利技术名称为“Traveling Wave Pyrotron(行波磁镜热核装置)”的美国专利第3,093,569号中公开了连续运行的行波磁镜热核装置。这个专利公开了提高等离子体的能量和密度以及在其中进行核反应的连续运行反应堆或设备。该专利技术的目的是提供应用电磁行波来实现各个约束区内、每个随时间沿着机器行进的带电粒子的俘获、加热和能量回收的磁镜热核装置。但是，这个专利似乎未公开如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。1974年3月6日以David L.Fischer等人的名字颁发和专利技术名称为“Reactivity And Power Distribution Control Of Nuclear Reactor(核反应堆的反应和功率分布控制)”的美国专利第3,799,839号公开了在核反应堆堆芯的运行循环期间，控制预定量过剩反应和保持恒定或静态功率分布的可燃抑制剂的空间分布、数量、密度和配置。按照这个专利，该专利技术的目的是提供在运行循环的整个周期内在核反应堆堆芯中将提供基本静态功率分布的堆芯中可燃抑制剂的装置。此外，按照这个专利，其它目的是依照该专利技术，通过确定对运行循环的一致功率和伴随反应分布来达到的：通过确定导致的过剩局部反应，以及通过提供在运行循环的整个周期内在空间分布、数量、密度和配置方面与过剩局部反应的变化基本匹配的可燃抑制剂。但是，这个专利似乎未公开如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。1970年1月13日以Jean Paul Van Dievoet等人的名字颁发和专利技术名称为“Method of Pulsating or Modulating a Nuclear Reactor(使核反应堆脉动或调节核反应堆的方法)”涉及使核反应堆的运行脉动或调节核反应堆的运行的方法。这个专利公开了通过周期性地改变中子通量密度调节反应堆。按照这个专利，通过在反应堆的核裂变区以外的地方，移动至少在某些位置上，包含一定数量中子活性物质的一种或多种结构，从而取决于结构的速度，调整从反应堆堆芯发出的中子流，来控制核反应堆的运行。如此从外部调整反应堆系统的反应的中子活性材料的样品，可以是像可裂变材料、反射体材料或其它中子影响物质那样的中子生成和/或中子影响材料。但是，这个专利似乎未公开如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。上文所列举的现有技术似乎没有一个公开了如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。因此，所需要的是如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。
技术实现思路
按照本公开的一个方面，提供了一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，其包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量。按照本公开的另一个方面，提供了一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，其包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端(burnfront)。按照本公开的进一步方面，提供了一种行波核裂变反应堆，其包含核反应堆堆芯；以及布置在该反应堆堆芯中的核裂变反应堆燃料组件，该核裂变反应堆燃料组件被配置成使燃耗值达到预定燃耗值或以下。按照本公开的另外方面，提供了一种行波核裂变反应堆，其包含能够在其中产生燃烧波前端的核反应堆堆芯；布置在该反应堆堆芯中的核裂变反应堆燃料组件；布置在该核裂变反应堆燃料组件中的中子相互作用材料；以及配置成响应与燃烧波前端相关联的参数控制核相互作用材料的布置的控制系统。按照本公开的再一个方面，提供了能够控制其中燃耗的行波核裂变反应堆，其包含反应堆压力容器；密封地布置在该压力容器中的核裂变反应堆燃料组件，该核裂变反应堆燃料组件包括按预定装载模式安排的中子相互作用材料；以及能够布置成与该中子相互作用材料中子连通(communication)的可拆除核裂变点火器，该核裂变点火器能够将行进通过该中子相互作用材料的爆燃波燃烧波前端点火。本公开的特征是提供控制棒、反射体或中子发射材料形式的中子吸收材料或提高相对于爆燃波燃烧波前端的位置上的吸收的其它吸收材料。除了上文之外，在本公开的像文字部分(例如，权利要求书和/或详细描述)那样和/或附图的教导中展示和描述了各种其它方法和/或设备方面。上文是一个总结，因此可能包含细节的简化、概括、蕴含、和/或省略；因此，本领域的技术人员将懂得，该总结只是例示性的，而决不是打算限制性的。除了上述的例示性方面、实施例、和特征之外，通过参考附图和如下详细描述，进一步的方面、实施例、和特征将变明显。附图说明虽然本说明书以特别指出和不同地声明本公开的主题的权利要求书作为结论，但相信本公开可以从结合附图所作的如下详细描述中得到更好理解。另外，用在不同图形中的相同符号通常表示相似或相同项目。图1是核裂变反应堆装置的局部正面图；图2是示出随中子能量而变的截面的曲线图；图3是示出随中子能量而变的截面以及那些随中子能量而变的截面的比值的曲线图；图4是核裂变反应堆燃料组件的一般表示的局部正面图；图5是核燃料棒的局部垂直剖面图；图6是控制棒的局部垂直剖面图；图7是反射体棒的局部垂直剖面图；图8是第一实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了由点火器点火的两个相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端以及示出了第一燃料装载模式；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.06 US 12/384,669;2009.07.01 US 12/459,5911.一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，包
含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量。
2.一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，包
含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，所述中子通量限定燃烧波前端。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包含达到预定燃耗值。
4.如权利要求2所述的方法，进一步包含使燃耗值达到预定燃耗值或以
下。
5.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包含
在燃烧波前端后面的位置上控制中子吸收剂的数量。
6.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包含
在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子吸收的中子吸收剂的数量，
并且其中由中子吸收剂引起的大多数中子吸收处在燃烧波前端后面的多个位
置上。
7.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包含
在燃烧波前端后面的位置上控制中子反射体的数量。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述中子反射体包含从铍(Be)、铅
(Pb)、钨(W)、钒(V)、可增殖材料、钢合金及其混合物中选择的材料。
9.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包含
在相对于燃烧波前端的一个或多个位置上控制实现中子反射的中子反射体的
数量，并且其中由中子反射体引起的大多数中子反射处在燃烧波前端后面的
多个位置上。
10.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包
含将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端后面的第二
位置。
11.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包
含将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到接近燃烧波前端的第二
位置。
12.如权利要求4所述的方法，其中使燃耗值达到预定燃耗值或以下包
含将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端前面的第二
位置。
13.如权利要求2所述的方法，进一步包含响应行波核裂变反应堆中的
燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。
14.如权利要求13所述的方法，其中控制辐射损伤包含达到辐射损伤值。
15.如权利要求13所述的方法，其中控制辐射损伤包含使辐射损伤达到
预定辐射损伤值或以下。
16.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端后面
的第二位置。
17.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到接近燃烧波前端
的第二位置。
18.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端前面
的第二位置。
19.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含在燃烧波前端后面的位置上控制中子吸收剂的数量。
20.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子吸收的中子吸收剂
的数量，并且其中由中子吸收剂引起的大多数中子吸收处在燃烧波前端后面
的多个位置上。
21.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含在燃烧波前端后面的位置上控制中子反射体的数量。
22.如权利要求15所述的方法，其中使辐射损伤达到预定辐射损伤值或
以下包含在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子反射的中子反射体
的数量，并且其中由中子反射体引起的大多数中子反射处在燃烧波前端后面
的多个位置上。
23.一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，
包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，所述中子通量限定燃烧波前端，
其中调节行波核裂变反应堆发出的中子通量包含在相对于燃烧波前端的位置
上有选择地调节中子通量。
24.如权利要求23所述的方法，其中在相对于燃烧波前端的位置上有选
择地调节中子通量包含在燃烧波前端后面的位置上有选择地调节中子通量。
25.如权利要求23所述的方法，其中在相对于燃烧波前端的位置上...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE阿尔菲尔德，JR吉尔兰德，RA海德，MY艾什卡瓦，DG麦卡利斯，NP迈尔沃尔德，C惠特默，小洛厄尔L伍德，GB齐默尔曼，
申请(专利权)人：希尔莱特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：