[实用新型]一种采用径向氢气流道的热管型双模式空间核反应堆堆芯

说明书

本实用新型属于反应堆工程技术领域，公开了一种采用径向氢气流道的热管型双模式空间核反应堆堆芯。该反应堆堆芯包括径向反射层、堆芯活性区、热管、堆芯筒体、轴向反射层、控制鼓，其中堆芯活性区位于堆芯筒体内，轴向反射层位于堆芯活性区上方；径向反射层为中空圆柱形结构，堆芯活性区、轴向反射层及热管位于该径向反射层的空腔内；本实用新型具有结构简单、运行安全性和可靠性高且具备非能动、非单点失效优点的有益效果。

技术领域

本实用新型属于反应堆工程技术领域，具体涉及一种采用径向氢气流道的热管型双模式空间核反应堆堆芯。

背景技术

双模式空间核反应堆同时具备推进和发电的功能，结合了核热推进反应堆以及空间反应堆电源相对于常规能源的诸多优势。该反应堆非常适用于载人登月、载人火星、空间运输等任务。

美俄等航天大国对双模式反应堆开展了广泛的研究，提出了的双模式反应堆主要为三种类型：一是基于热离子反应堆的双模式反应堆方案。该方案中，热离子燃料元件的中心孔道作为氢气工质的加热通道。在推进模式下，氢气自上而下流经燃料中心孔道，加热后排出，从而产生推力，同时，热离子燃料元件可产生电能；在发电模式下，堆芯热功率相对较低，系统将停止氢气排放，不再产生推力，仅由热离子燃料元件产生电能，废热由钠钾回路带出堆芯；二是基于NERVA核热推进反应堆的双模式反应堆方案。该方案中，堆芯内的复合燃料元件作为推进用燃料元件，堆芯内的支撑元件的冷却回路作为发电回路。在推进模式下，氢气工质自上而下流经复合燃料元件内的加热通道，加热后由喷管排出，从而产生推力，同时，支撑元件的冷却回路将部分堆芯热量导出至堆外的斯特林发电机，从而产生电能；发电模式下，堆芯热功率相对较低，系统将停止氢气排放，不再产生推力，复合燃料元件产生的热量由热传导的方式传递至支撑元件，并由位于支撑元件内的冷却回路导出至堆外的斯特林发电机，从而产生电能。三是一种基于热管式反应堆的双模式反应堆方案。该方案中，堆芯内部布置若干热管，用于导出热量用于发电。在推进模式下，氢气工质自上而下流经燃料元件内的加热通道，加热后由喷管排出，从而产生推力，同时，热管将部分堆芯热量导出至堆外用于发电；发电模式下，堆芯热功率相对较低，系统将停止氢气排放，不再产生推力，燃料元件产生的热量将由热管导出，并在堆外产生电能。

以上三种类型的双模式反应堆方案均存在不足之处。前两种类型的方案均需要在超高温的核热推进反应堆中布置温度低得多的工质回路，并且需要泵、体积补偿器等诸多部件，系统复杂，研制难度高，且不具备非能动、非单点失效等特点。第三种类型的方案采用热管将热量导出堆芯用于发电，结构相对简单，具备非能动、非单点失效等优点、可靠性高。但是，热管也给系统设计带来了新的问题：在推进模式下，热管的运行温度必须远低于燃料的最高温度，以避免热管因过热而损坏。为解决此问题，该方案在热管与燃料之间布置了双层壳体结构用来将两者隔开，在推进模式下，双层壳体之间为真空，用于增大燃料与热管之间的热阻，以保护热管；在发电模式下，双层壳体之间则充满氦气，用于尽可能减小燃料与热管之间的热阻，以增强两者之间的传热性能。这种方法增加了系统的复杂度和研制难度，降低了系统运行时的可靠性。因此，目前急需研发一种具备非能动、非单点失效且结构简单、系统运行稳定的双模式空间核反应堆。

实用新型内容

(一)实用新型目的

根据现有技术所存在的问题，本实用新型提供了一种结构简单、运行安全性和可靠性高且具备非能动、非单点失效优点的双模式空间核反应堆堆芯。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提供的技术方案如下：

一种采用径向氢气流道的热管型双模式空间核反应堆堆芯，该反应堆堆芯包括径向反射层、堆芯活性区、热管、堆芯筒体、轴向反射层、控制鼓，其中堆芯活性区位于堆芯筒体内，轴向反射层位于堆芯活性区上方；径向反射层为中空圆柱形结构，堆芯活性区、轴向反射层及热管位于该径向反射层的空腔内；