本申请公开了一种核反应堆反应性控制装置，包括反应堆容器、堆芯总成及动作控制模块；堆芯总成包括堆芯及绕设在堆芯外围的堆芯包壳；堆芯包括内层燃料组件，以及依次环绕在内层燃料组件外围的外层燃料组件和反射层；反射层内环状分布有若干个控制鼓；堆芯在横截面方向上，由多个隔板分成相互独立的多个堆芯区域；动作控制模块包括若干个动作控制机构，堆芯区域在动作控制机构的驱动下沿堆芯的径向方向往复移动，使堆芯区域内的外层燃料组件远离或靠近内层燃料组件，实现对堆内中子的泄漏或吸收的调控。本申请提供的核反应堆反应性控制装置存在多种空间堆反应性控制手段，解决了堆芯寿命初期剩余反应性控制不足及缺乏非能动反应性控制手段的问题。动反应性控制手段的问题。动反应性控制手段的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种核反应堆反应性控制装置
[0001]本申请涉及反应堆
，尤其涉及一种用于航天目的的、为往返火星或其它小行星的深空穿梭无人或少人飞船提供电力动力的核反应堆反应性控制装置。
技术介绍
[0002]空间核动力是人类进行深空探索、空间轨道货运、建设星表基地的理想动力及能源来源。这主要得益于核动力系统相对于传统化学能动力系统的高能量密度、高环境适应性和极低的燃料消耗等特点。在可预见的未来，化学火箭发动机由于其短时间内可输出强大的推力，仍将是近地空间载荷发射的理想动力来源。但是以近地轨道为起点而进行的深空活动，将更多地依赖空间动力系统。空间核动力系统作为空间动力系统的一种，其核心模块为空间裂变反应堆，该反应堆可由化学动力火箭发射至近地轨道，并可根据任务需要进行动力系统的在轨模块化搭建。
[0003]反应性控制是控制反应堆启停、调节功率输出以及维持正常运行状态的关键控制手段，是空间任务得以安全顺利实施的基本保障。为了保证核反应堆能够安全可靠地运行，必须有一套相应的系统来执行反应性的控制保护功能。反应堆反应性控制系统的重要功能是确保反应堆的安全，要求在发生事故或紧急情况下，控制保护系统能快速动作，确保反应堆能够安全停堆。
[0004]空间核反应堆因为紧凑性的考虑通常使用布置在反射层内的控制鼓来进行堆芯反应性控制。通常，围绕堆芯均匀布置12个控制鼓，每个控制鼓主体由反射材料(铍)构成，在控制鼓侧面120
°
的扇面上设有中子吸收体(B4C)。控制鼓可以沿自身轴线自由旋转，反应堆运行时，通过旋转调节中子吸收体扇面朝向堆芯的角度，从而调节反应堆反应性。然而这种控制方式普遍存在着堆芯寿命初期剩余反应性控制不足、径向受热不均容易出现卡鼓等问题。并且控制鼓作为一种主动式反应性调节机构，在断电或其控制驱动设备发生故障的情况下，可能会导致反应性控制能力的彻底丧失，极大的威胁反应堆和航天器的运行安全。为了弥补控制鼓方案的不足，需要引入具有较强剩余反应性控制能力以及能够被动作用的反应性控制机构。
[0005]因此，现有空间堆反应性控制手段单一，亟需提出一种新的技术方案来解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
[0006]本申请提供一种核反应堆反应性控制装置，用以解决现有空间堆反应性控制手段单一，导致反应堆非能动安全性不足的问题。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0008]本申请提供一种核反应堆反应性控制装置，包括反应堆容器、设置在反应堆容器内的堆芯总成及动作控制模块；
[0009]所述堆芯总成包括堆芯及绕设在所述堆芯外围的堆芯包壳；所述堆芯包括内层燃
料组件，以及依次环绕在内层燃料组件外围的外层燃料组件和反射层；所述反射层内环状分布有若干个控制鼓；所述外层燃料组件和反射层之间形成有若干个冷却剂通道；所述堆芯在横截面方向上，由多个隔板分成相互独立的多个堆芯区域；
[0010]所述动作控制模块包括若干个动作控制机构，一个动作控制机构与一个堆芯区域相连，所述堆芯区域在动作控制机构的驱动下沿堆芯的径向方向往复移动，使得堆芯区域内的外层燃料组件远离或靠近内层燃料组件，实现对堆内中子的泄漏或吸收的调控。
[0011]上述技术方案优选的，所述反射层内均匀分布有12个控制鼓，所述控制鼓为棒状结构，所述控制鼓的中心轴线与所述反应堆容器的中心轴线平行，所述控制鼓外壁的一侧设置有中子吸收体，所述中子吸收体集中分布在所述控制鼓外壁的三分之一区域，当所述控制鼓沿其中心轴线转动时，其上的中子吸收体被转动的逐渐面向堆芯，控制鼓继续转动，其上的中子吸收体被转动的逐渐背离堆芯，通过调节所述中子吸收体面向堆芯的面积来实现对堆芯反应性的调节。
[0012]优选的，所述内层燃料组件包括六个环状分布的内层燃料单元，所述外层燃料组件包括十二个环状分布的外层燃料单元，所述内层燃料单元和外层燃料单元的横截面分别为六角形形状，所述内层燃料组件和外层燃料组件呈蜂巢状分布。
[0013]优选的，所述堆芯在横截面方向上，由四个隔板分成相互独立的四个堆芯区域，每个堆芯区域的横截面为扇面状，每个堆芯区域包含3个外层燃料单元、3个控制鼓，以及位于相邻两个隔板之间的部分反射层；当堆芯因热膨胀发生几何变化时，四个所述堆芯区域分别被与其相连的动作控制机构带动的沿径向方向外移。
[0014]优选的，所述反应堆容器为筒体结构，所述堆芯总成为柱体结构，所述堆芯总成的外壁与所述反应堆容器的内壁之间形成所述动作控制机构的活动空间。
[0015]优选的，所述动作控制机构包括热膨胀镉棒、不锈钢传导棒、楔形滑块以及复位弹簧，所述热膨胀镉棒沿堆芯的轴向方向设置，且靠近所述反应堆容器内壁，所述不锈钢传导棒的一端与热膨胀镉棒相连，另一端与楔形滑块相连，所述楔形滑块和反应堆容器内壁之间设置有所述复位弹簧。
[0016]优选的，所述楔形滑块上具有坡状连接面，所述不锈钢传导棒的一端连接在所述坡状连接面上。
[0017]优选的，在冷堆状态下，所述堆芯区域的外层燃料组件在复位弹簧的作用下压紧在对应的内层燃料组件上；反应堆运行过程中，堆芯温度升高，所述热膨胀镉棒受热膨胀，其轴向的线性膨胀通过不锈钢传导棒传导至楔形滑块上，所述楔形滑块在热膨胀镉棒的线性膨胀作用下沿堆芯径向方向外移，复位弹簧被压缩，所述楔形滑块带动与其相连的堆芯区域外移，堆芯区域上的外层燃料组件与内层燃料组件分离，增加了中子的泄露，且燃料组件之间形成冷却剂通道，增强了冷却剂对中子的吸收和慢化。
[0018]优选的，所述反应堆容器的底面上设置有与所述楔形滑块适配的滑轨。
[0019]优选的，所述堆芯的一端设置有若干个控制棒，一个所述控制棒与一个内层燃料单元或外层燃料单元接插式连接。
[0020]优选的，所述控制棒为柱状结构，所述控制棒的外壁上绕设有包壳，所述包壳上设置有第一齿条，与所述控制棒接插连接的内层燃料单元或外层燃料单元上设置有与所述第一齿条相对应的第二齿条，所述第一齿条和第二齿条均与齿轮啮合；当所述控制棒在外力
驱动下下移插入堆芯时，其上的第一齿条与齿轮啮合，齿轮转动后带动第二齿条朝与第一齿条的运动方向相反的方向移动，与所述控制棒接插连接的内层燃料单元或外层燃料单元在第二齿条的带动下上移。
[0021]优选的，所述堆芯包壳为辐射屏蔽结构。
[0022]优选的，所述冷却剂通道为氦氙冷却剂通道，所述冷却剂通道用以将堆芯内的热量导出。
[0023]相比现有技术，本申请具有以下有益效果：
[0024]1、本申请提供的核反应堆反应性控制装置可用于对运行过程中的反应堆的启停堆控制、临界状态控制及功率调节。该反应堆反应性控制装置具有反应堆容器、设置在反应堆容器内的堆芯总成及动作控制模块，堆芯包括内层燃料组件，以及依次环绕在内层燃料组件外围的外层燃料组件和反射层，堆芯在横截面方向上，由多个隔板分成相互独立的多个堆芯区域，堆芯区域在动作控制机构的驱动下沿堆芯的径向方向往复移动，使得堆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种核反应堆反应性控制装置，其特征在于，包括反应堆容器、设置在反应堆容器内的堆芯总成及动作控制模块；所述堆芯总成包括堆芯及绕设在所述堆芯外围的堆芯包壳；所述堆芯包括内层燃料组件，以及依次环绕在内层燃料组件外围的外层燃料组件和反射层；所述反射层内环状分布有若干个控制鼓；所述外层燃料组件和反射层之间形成有若干个冷却剂通道；所述堆芯在横截面方向上，由多个隔板分成相互独立的多个堆芯区域；所述动作控制模块包括若干个动作控制机构，一个动作控制机构与一个堆芯区域相连，所述堆芯区域在动作控制机构的驱动下沿堆芯的径向方向往复移动，使得堆芯区域内的外层燃料组件远离或靠近内层燃料组件，实现对堆内中子的泄漏或吸收的调控。2.根据权利要求1所述的核反应堆反应性控制装置，其特征在于，所述反射层内均匀分布有12个控制鼓，所述控制鼓为棒状结构，所述控制鼓的中心轴线与所述反应堆容器的中心轴线平行，所述控制鼓外壁的一侧设置有中子吸收体，所述中子吸收体集中分布在所述控制鼓外壁的三分之一区域，当所述控制鼓沿其中心轴线转动时，其上的中子吸收体被转动的逐渐面向堆芯，控制鼓继续转动，其上的中子吸收体被转动的逐渐背离堆芯，通过调节所述中子吸收体面向堆芯的面积来实现对堆芯反应性的调节。3.根据权利要求2所述的核反应堆反应性控制装置，其特征在于，所述内层燃料组件包括六个环状分布的内层燃料单元，所述外层燃料组件包括十二个环状分布的外层燃料单元，所述内层燃料单元和外层燃料单元的横截面分别为六角形形状，所述内层燃料组件和外层燃料组件呈蜂巢状分布。4.根据权利要求1或3所述的核反应堆反应性控制装置，其特征在于，所述堆芯在横截面方向上，由四个隔板分成相互独立的四个堆芯区域，每个堆芯区域的横截面为扇面状，每个堆芯区域包含3个外层燃料单元、3个控制鼓，以及位于相邻两个隔板之间的部分反射层；当堆芯因热膨胀发生几何变化时，四个所述堆芯区域分别被与其相连的动作控制机构带动的沿径向方向外移。5.根据权利要求1所述的核反应堆反应性控制装置，其特征在于，所述反应堆容器为筒体结构，所述堆芯总成为...
【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：北京中子探索科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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