[发明专利]阵列内的燃料管的运动

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆内的裂变速率的管理。具体地，本发明涉及其中 燃料被容纳在多个燃料管内的反应堆内的裂变速率的管理。

背景技术

熔盐核反应堆基于溶解在熔盐中的临界质量的可裂变材料。这通常被 称为燃料盐。所述燃料盐在1950年代到1970年代在橡树岭国家实验室中率 先采用，但还没有被成功地商业化。所述燃料盐具有优于其它类型的反应 堆的多个潜在的优点，包括由钍产生可裂变233铀的能力、生成比铀/钚反 应堆低很多水平的超铀锕废物、在高温下操作、避免挥发性的放射性可裂 变产物在固体燃料棒中的积聚以及比传统反应堆中高很多的可裂变材料 的燃耗比。

GB 2508537公开了一种熔盐反应堆，其中所述核由浸在冷却剂罐中的 一个阵列的大致垂直的管构成，每一个管都容纳有熔盐燃料。出于安全和 效率的原因，优选的是对于整个核保持均匀的发电速率。如果所有燃料管 容纳有相等浓度的可裂变材料，则发电由于较高的中子水平朝向核的中心 将是最大的。为了减轻这种影响，在GB 2508537中提出来所述阵列朝向中 心更宽地分隔开(或者等同地，选定的燃料管保持空闲)，或者裂变同位 素和/或再生同位素的浓度朝向阵列的中心减少。

在反应堆的操作期间，燃料被消耗。这减少了核产生的动力。因此， 为了延长反应堆的操作，新燃料必须被添加以替换已消耗掉的燃料。这可 以通过将一定数量的裂变同位素直接添加到燃料管来实现，但裂变产物 (其中有许多用作中子毒物)的增加使这在几个周期后是不经济的。用过 的燃料管可以从核中移除并用新的燃料管代替。然而，为了从所述阵列移 除用过的燃料管，用过的燃料管必须相对于其它燃料管被抬高。这需要从 冷却剂中移除，否则由于燃料管仍然会在非常高的温度下而造成显著的安 全风险，或者需要冷却剂足够深，使得燃料管可以在仍然在冷却剂中时被 从核抬高并移除。这显著增加了反应堆的尺寸和资源成本，并且很可能不 能使用熔盐作为冷却剂用于熔盐反应堆。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种操作核裂变反应堆的方法。该反 应堆包括反应堆核和容纳冷却剂的冷却剂罐。所述反应堆核包括燃料组件 的阵列。每一个燃料组件大致垂直地延伸且包括容纳一个或多个可裂变燃 料的燃料管。燃料管浸在冷却剂中。所述方法包括：对燃料组件中的每一 个中燃料浓度和/或裂变速率进行监测和/或建模；和根据监测和/或建模的 结果，在不需要从燃料组件的阵列中提起燃料组件中的任一个的情况下， 使燃料组件在阵列内水平移动，以控制反应堆核中的裂变速率。通过使所 述燃料组件的阵列中的一行或部分行朝向所述阵列的周边移动，在不需要 从所述阵列提起燃料组件的情况下，用过的燃料组件被移动到所述阵列的 水平周边。用过的燃料组件然后可以在不需要从所述冷却剂提起所述用过 的燃料组件的情况下被从所述阵列的水平周边移除并移入到所述冷却剂 罐内的用过的燃料存储区域。

根据本发明的另一个方面，提供了一种核裂变反应堆。所述反应 堆包括核、容纳冷却剂的冷却剂罐、燃料组件移动单元和反应堆核控制器。 所述核包括燃料组件的阵列，每一个燃料组件大致垂直地延伸且包括容纳 可裂变燃料的一个或多个燃料管。燃料管浸在冷却剂中。燃料组件移动单 元被构造为在不需要从所述燃料组件的阵列提起所述燃料组件中的任一 个的情况下使所述燃料组件在所述阵列内水平移动。通过使所述燃料组件 的阵列中的一行或部分行朝向所述阵列的周边移动，在不需要从所述阵列 提起燃料组件的情况下，用过的燃料组件被移动到所述阵列的水平周边。 用过的燃料组件然后可以在不需要从所述冷却剂提起所述用过的燃料组 件的情况下被从所述阵列的水平周边移除并移入到所述冷却剂罐内的用 过的燃料存储区域。反应堆核控制器被构造成确定燃料组件单元的新的构 造，并使燃料组件移动单元移动燃料组件，以便获得新的构造。

本发明的进一步方面在权利要求2及以下权利要求中阐述。

附图说明

一些优选实施例现在将仅通过示例的方式并参照附图来说明，在附图中：

图1是燃料组件的示例性阵列的一部分的俯视图；

图2是示例性裂变反应堆的俯视图；

图3A-3E是燃料组件的示例性阵列的俯视图；

图4是反应堆的方框图；以及

图5是示例性的燃料组件的侧视图。

具体实施方式