[发明专利]核反应堆及相关方法和装置

说明书

技术领域

此描述涉及核反应堆及相关方法和装置。

背景技术

反应堆堆芯内的核燃料中的自持核反应可以用于生成热量并且转而电能。在典型的熔盐反应堆(有时称为MSR)中，核燃料溶解在熔盐中。在一些提出的MSR中，核燃料将包括从其他反应堆的乏核燃料(有时称为SNF或简单地称为乏燃料)中重获的锕系元素。

发明内容

广义上，我们在这里描述的内容是一种使用熔盐和通常至少部分是来自另一反应堆的乏燃料的可裂变材料以及选择和构造为引起临界反应的慢化剂的核反应堆方法和装置。

总地，在一方面中，一种装置包括可裂变材料、熔盐和慢化剂材料，所述慢化剂包括一种或多种氢化物、一种或多种氘化物或它们的组合。

实现方式可以包括下列特征中的一个或多个。慢化剂材料包括金属氢化物。慢化剂材料包括氢化锆的形式。慢化剂材料包括ZrH₁.₆。慢化剂材料包括氢化锂的形式。慢化剂材料包括氢化钇的形式，例如氢化钇(II)(YH₂)、或氢化钇(III)(YH₃)或它们的组合。慢化剂材料包括氘化锆的形式。

可裂变材料包括反应堆的乏核燃料的至少部分。可裂变材料包括整个乏核燃料锕系元素向量。可裂变材料包括未处理的乏核燃料。可裂变材料包括除了乏核燃料之外的材料。可裂变材料包括来自退役武器的钚或铀。可裂变材料包括天然铀。可裂变材料包括新燃料。可裂变材料包括贫化铀。可裂变材料包括天然铀、富集铀、贫化铀、来自乏核燃料的钚、从过量核武器材料下混合(down-blended)的钚、钍和裂变材料、超铀材料或它们中的任何两种或多种的组合。可裂变材料包括在0.01-0.25范围中的裂变与可转换比(fissile-to-fertile ratio)。可裂变材料包括U-233、U-235、PU-239或PU-241中的至少一种。可裂变材料还包括U-238。可裂变材料还包括钍。

熔盐包括氟化盐。熔盐包括氯化盐。熔盐包括碘化盐。熔盐包括氟化锂。熔盐富含浓缩Li-7(其具有比Li-6低的热中子俘获截面)。熔盐中锕系元素的溶解度足以允许可裂变材料变为临界。熔盐中锕系元素的溶解度至少为0.3％。熔盐中锕系元素的溶解度至少为12％。熔盐中锕系元素的溶解度至少为20％。熔盐基本上不包括铍。熔盐包括一定量的铍。可裂变材料与熔盐结合。可裂变材料和熔盐与慢化剂不同。盐提供慢化。

总地，在一方面中，一种装置包括可裂变材料和氢化锆慢化剂，所述可裂变材料包括与基本上没有铍的熔融氟化锂盐结合的反应堆乏核燃料，所述氢化锆与所结合的可裂变材料和盐不同。

总地，在一方面中，一种核反应慢化剂结构包括氢化物或氘化物以及用于熔盐燃料流过所述结构或围绕所述结构流动或两者的一个或多个通道，所述结构被配置为使得熔盐燃料在所述结构中时处于临界状态中。

实现方式可以包括下列特征中的一个或多个。慢化剂材料包括金属氢化物。慢化剂材料包括氢化锆的形式。慢化剂材料包括ZrH₁.₆。慢化剂材料包括氢化锂的形式。慢化剂材料包括氢化钇的形式，例如氢化钇(II)(YH₂)、或氢化钇(III)(YH₃)或它们的组合。慢化剂材料包括氘化锆的形式。

存在至少两种这种通道。板通过通道分开。存在至少两个这种平行通道。通道中的一个或多个为管状。所述结构包括三维分立结构元件，每一个三维分立结构元件在三个维度中的每一个中具有比所述结构的大小小的大小。分立结构元件被布置在分立结构之间或在分立结构内或两者中具有一个或多个通道的结构中。所述结构包括在三个维度中布置的球状体、或球体、或卵状体、或它们的任何一种或多种的组合。所述结构包括其中形成通道的整块慢化剂材料。所述结构包括一组分立元件。所述分立元件相同。

所述结构具有入口端和出口端，并且一个或多个通道从入口端向出口端延伸。所述结构包括棒。所述棒包括圆柱体、环形棒、翅片棒、螺旋棒、扭曲螺旋棒、环形螺旋棒、环形扭曲螺旋棒、具有绕线间隔物的棒、或具有绕线间隔物的环形棒或它们中的两种或多种的组合中的至少一种。所述结构包括可以相对于所述结构移动的反应性控制元件。

总地，在一方面中，在核反应堆中，可裂变材料和熔盐流过包括一个或多个氢化物、氘化物或它们中的两种或多种的组合的慢化剂材料。