用于动态能谱迁移的中子反射体组件制造技术

用于“增殖和燃烧”快反应堆的动态中子反射体组件增量式地调整反应堆堆芯中的中子能谱和反应性。可以调整动态中子反射体中的材料的成分以改变中子反射率水平，或引入中子慢化或吸收特性。动态中子反射体可以包含可调整体积和/或密度的流动的反射液体。浸入式构件可以选择性地插入流动的反射液体中以改变其体积并且引入其他中子修改效应，诸如慢化或吸收。浸入式构件的选择性插入允许在反应堆堆芯的经选择的部分中集中该中子修改效应。流动的反射液体也可以通过与熔融燃料盐交换热量而用作二级冷却剂回路。

Neutron reflector components for dynamic energy spectrum migration

Dynamic neutron reflector assemblies for \breed and burn\ fast reactors incrementally adjust neutron spectrum and reactivity in the reactor core. The composition of the material in the dynamic neutron reflector can be adjusted to change the neutron reflectance level, or the neutron slowing or absorption characteristics can be introduced. The dynamic neutron reflector can contain a reflective liquid with adjustable volume and / or density. The immersed component can be selectively inserted into a flowing reflective liquid to change its volume and introduce other neutron modification effects, such as moderation or absorption. The selective insertion of immersed components allows the neutron modification effect to be selected in the selected part of the reactor core. The reflective liquid can also be used as a two stage coolant loop by exchanging heat with molten fuel salts.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于动态能谱迁移的中子反射体组件相关申请的交叉引用本申请要求题为“NEUTRONREFLECTORASSEMBLYFORDYNAMICSPECTRUMSHIFTING”并且于2016年5月5日提交的美国临时专利申请第62/337,235号和题为“MOLTENCHLORIDEFASTREACTORANDFUEL”并且于2015年9月30日提交的美国临时专利申请第62/234,889号的优先权的权益，上述两个临时专利申请它们公开或教导的全部通过引用被特定地并入。
本专利技术总体上涉及核反应堆中的中子能谱迁移。背景被称为“增殖和燃烧”快反应堆的快核反应堆的特定分类包括能够产生比其消耗的更易裂变的核燃料的核反应堆。即，中子的有效利用(neutroneconomy)是足够高的，相比于其在裂变反应中燃烧的而言，其从增殖性核反应堆燃料(例如，铀-238)增殖更多的裂变核燃料(例如，钚-239)。原则上，增殖和燃烧反应堆可以接近增殖性材料的100％的能源提取率。为了开始增殖过程，必须首先给增殖和燃烧反应堆供应一定量的裂变燃料，诸如富集铀。此后，增殖和燃烧反应堆可能能够在不需要再加燃料的情况下和在没有常规核反应堆所伴随的扩散风险的情况下，在几十年的时间跨度内维持能源生产。一种类型的增殖和燃烧反应堆是熔盐反应堆(MSR)。熔盐反应堆是一类快能谱核裂变反应堆，其中燃料是包含混合或溶解的核燃料，诸如铀或其他可裂变元素的熔盐流体。在MSR系统中，由燃料盐所提供的未慢化的快中子能谱使用铀-钚燃料循环使良好的增殖性能(breedperformance)成为可能。与主导增殖来自增殖性燃料的裂变燃料的快能谱中子相比，热中子主导着裂变燃料的裂变反应。由热中子与核素的碰撞产生的裂变反应可以在裂变反应中消耗裂变燃料，释放快能谱中子、γ射线、大量热能并且排出裂变产物，诸如较小的核元素。消耗核燃料被称为燃耗或燃料利用。较高燃耗典型地减少核裂变反应终止之后剩余的核废物的量。快中子能谱还减轻裂变产物中毒，以提供卓越的性能，而没有在线再处理和伴随的增殖风险。增殖和燃烧MSR的设计和操作参数(例如，紧凑的设计、低压、高温、高功率密度)由此提供向零碳能源(zerocarbonenergy)的有成本效益的、全球可推广的(globally-scalable)方案的可能。概述在MSR系统的运行期间，熔融燃料盐交换可以通过改变循环熔融燃料盐的成分来允许将反应堆堆芯中的反应性和增殖控制在期望的操作范围内的一些控制。在一些实施方式中，反应堆堆芯全部或部分地被封闭在包含中子反射体材料的中子反射体组件中。所公开的动态中子反射体组件允许通过调整中子反射体组件的反射率特性以管理反应堆堆芯中的中子能谱来对反应性和增殖速率进行额外的动态和/或增量控制。这种控制管理反应堆堆芯中的反应性和增殖速率。动态中子反射体组件中的材料的成分可以通过选择性地插入或移除中子能谱影响材料，诸如中子反射体、慢化体或吸收体来改变，以动态地管理动态中子反射体组件的中子能谱影响特性(“反射率特性”)。可选地，可以通过改变动态中子反射体组件中的材料的温度、密度或体积来调整这些反射率特性。在一些实施方式中，动态中子反射体组件可以包括与燃料(例如，熔融燃料盐)热接触的流动的中子反射体材料。流动的中子反射体材料可以是任何适当的形式，包括但不限于如铅铋的流体、悬浮颗粒的浆液、诸如粉末的固体和/或诸如碳砾的砾。动态中子反射体组件可以选择性地使一种或更多种中子吸收材料循环或流动通过该组件，使得可以选择性地添加反射体材料或从中移除反射体材料。在其他实施方式中，流动的中子反射体材料能够经由一级或二级冷却剂回路在热交换器中从熔融燃料盐提取热量。提供专利技术概述来以简化形式引入在以下详细描述中将进一步描述的概念选择。该概述不旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦不旨在用于限定要求保护的主题的范围。其他实施方式也在本文中被描述和叙述。附图详述图1描绘了熔融燃料盐快反应堆系统上的示例中子反射体组件的示意图。图2描绘了在一个或更多个示例动态中子反射体组件对其他中子反射体组件配置的快能谱熔盐反应堆中的反射率对时间的曲线图。图3描绘了包围熔融核燃料盐快反应堆的示例分段中子反射体组件的示意图。图4示出了具有配备有溢流箱的中子反射体组件的示例熔盐燃料核反应堆。图5描绘了具有多个套管的示例中子反射体组件的俯视示意图。图6描绘了具有包括中子慢化构件的多个套管的示例中子反射体组件的俯视示意图。图7描绘了由与热交换器热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。图8描绘了由与包括中子慢化构件的热交换器热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。图9描绘了由与包括中子吸收构件和体积移置构件的热交换器热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。图10描绘了由通过管壳式热交换器与熔融核燃料盐热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的侧面示意图。图11描绘了由通过管壳式热交换器与熔融核燃料盐热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。图12描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的示例方法的流程图。图13描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。图14描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。图15描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。图16描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。图17描绘了具有多个套管和静态中子反射体子组件的示例中子反射体组件的俯视示意图。图18描绘了由包括内环形通道和外环形通道并且还包括体积移置构件的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。图19描绘了由包括内部环形通道和外部环形通道的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。图20描绘了由包括内环形通道和外环形通道的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图，其中内环形通道包含一定体积的熔融燃料盐。图21是由包括含有变化半径值的管的环形通道的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。详细描述图1是示例熔盐反应堆(MSR)系统100的示意图，该系统100能够利用燃料进料口102和燃料出口104进行开放的增殖和燃烧燃料循环。燃料出口104使来自反应堆容器107的熔融燃料盐108通过一级冷却剂环路流动到外部热交换器(未示出)，该外部热交换器提取热量(例如用于蒸汽涡轮机中)并且冷却熔融燃料盐108用于经由燃料进料口102返回到反应堆容器107。熔融燃料盐108通过熔融燃料盐输入口111流入反应堆容器107中并且通过熔融燃料盐输出口113流出反应堆容器107。反应堆堆芯区段106由反应堆容器107所封闭，该反应堆堆芯区段106可以由适合用于熔盐核反应堆中的任何材料形成。例如，反应堆堆芯区段106的本体部分(bulkportion)可以由一种或更多种钼合金、一种或更多种锆合金(例如，锆锡合金(Zircaloy))、一种或更多种铌合金、一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：在核反应堆堆芯中维持核裂变反应，所述核反应堆堆芯由中子反射体组件包围；以及通过改变所述中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性在所维持的核裂变反应期间调整所述核反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.30 US 62/234,889;2016.05.16 US 62/337,2351.一种方法，包括：在核反应堆堆芯中维持核裂变反应，所述核反应堆堆芯由中子反射体组件包围；以及通过改变所述中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性在所维持的核裂变反应期间调整所述核反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中子反射体组件与热交换器热连通。3.根据权利要求1所述的方法，其中，调整操作增加所述核反应堆堆芯中的核燃料燃耗速率。4.根据权利要求1所述的方法，其中，调整操作降低所述核反应堆堆芯中的核燃料燃耗速率。5.根据权利要求1所述的方法，其中，调整操作增加所述核反应堆堆芯中的核燃料增殖速率。6.根据权利要求1所述的方法，其中，调整操作降低所述核反应堆堆芯中的核燃料增殖速率。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中子反射体组件包括流动的液体中子反射体。8.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性包括将中子慢化构件插入所述中子反射体组件中。9.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述中子慢化构件插入所述中子反射体组件中减少了所述中子反射体组件中的反射体材料的体积。10.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性包括将中子吸收构件插入所述中子反射体组件中。11.根据权利要求1所述的方法，还包括主动冷却所述中子慢化构件。12.根据权利要求1所述的方法，还包括利用配重物固定所述中子慢化构件在所述中子反射体组件中的位置。13.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述反射体材料的反射率特性包括修改所述反射体材料的密度。14.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性包括修改所述反射体材料的温度。15.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流动的液体中子反射体与熔融核燃料盐热连通。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述流动的流体中子反射体经由管壳式热交换器与所述熔融核燃料盐热连通。17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中子反射体组件包括多个耐熔覆层套管。18.根据权利要求1所述的方法，其中，调整快中子通量和热中子通量的操作包括使所述核反应堆堆芯中的中子能谱迁移。19.根据权利要求18所述的方法，其中，使所述核反应堆堆芯中的所述中子能谱迁移是增量能谱迁移。20.根据权利要求7所述的方法，其中，所述流动的流体中子反射体是半滞止流。21.根据权利要求17所述的方法，其中，头部与所述多个耐熔覆层套管流体连通以选择性地控制流体中子反射体的流动。22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中子反射体组件是用于所述核反应堆堆芯的结构支撑件。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：小安塞尔莫·T·西斯内罗斯，查尔斯·格雷戈里·弗里曼，克里斯托弗·J·约翰斯，凯文·克雷默，杰弗里·F·拉特科夫斯基，
申请(专利权)人：泰拉能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US