[发明专利]快堆型耦合核反应的实施方法及其核反应堆

摘要

本发明涉及一种快堆型耦合核反应的实施方法及其核反应堆。主要内容包括快堆型耦合核反应实施方法；反应堆模块化设计方法；快堆型耦合核反应堆；堆芯；燃料元件；核控系统；增殖燃料系统。快堆型耦合核反应堆主要燃烧钍和核废料，具固有安全性。反应堆主容器由相互完全隔离但彼此耦合的裂变池与慢化池组成，主冷却剂与慢化剂分离，裂变池与慢化池间设置隔热层，两者可进行中子交换但热交换被阻隔；裂变池产生的快中子和慢化池反射回来的慢化中子可使堆芯同时进行两类中子的耦合核反应；慢化池可设置核控系统并实施堆芯外耦合核控；慢化池设置钍增殖燃料系统，可在线提取增殖燃料，核素分离安全简单，为“钍堆”技术瓶颈提供了一种解决方案。

主权项

一种快堆型耦合核反应的实施方法，其特征是：将反应堆主容器拆分为相互完全隔离的裂变池（201）和慢化池（301），慢化池（301）内置慢化剂，裂变池内设置堆芯（250），堆芯具有快中子堆芯特性；将裂变池（201）与慢化池（301）相互镶嵌或可移动式组合，使两者结构和功能耦合，在裂变池（201）和慢化池（301）之间设置隔热层，阻隔两者的热交换；将慢化剂与主冷却剂分离，裂变池（201）和堆芯（250）无慢化剂，主冷却剂通过裂变池（201）而不通过慢化池（301）；允许中子穿过裂变池（201）和慢化池（301）之间的构造，使裂变池（201）与慢化池（301）能进行中子交换并进行耦合核反应，堆芯产生的快中子和从慢化池（301）内反射进入裂变池（201）的慢化中子可使堆芯（250）同时进行快中子和慢化中子引发的耦合核反应，裂变池（201）具有快中子反应堆的特性和功能，慢化池（301）内进行热中子核反应；优化反应堆主容器材料和结构，在反应堆主容器侧壁设置大面积薄壁构造的中子交换窗口，在保证结构强度的同时增加中子交换效率；在慢化池（301）设置耦合核控系统，利用耦合核反应实施耦合核控和非能动停堆；利用慢化剂的慢化中子功能和慢化剂的可控性或慢化池的可控性位移，通过改变裂变池（201）和慢化池（301）之间的中子交换控制堆芯（250）的反应性；停堆时使慢化池（301）失去中子慢化功能，终止慢化池（301）向堆芯（250）输送慢化中子，堆芯反应性快速下降导致链式裂变反应不能维持，从而实现非能动停堆；利用热中子核反应的高效性，实施核燃料增殖和增殖燃料的在线提取，在反应堆外实现Pa‑233/ U‑233转化以及Th‑232/ U‑233的分离；在慢化池（301）设置在线更换燃料的增殖燃料系统，初始增殖燃料原料只含一种核素Th‑232，只进行Th‑232的热中子俘获核反应，避免或降低Pa‑233和U‑233俘获中子造成的中子和有效核燃料的双重损耗；优化燃料元件和堆芯设计，采用烛式堆芯设计，提高核反应效率和燃耗率；将反应堆主容器低矮化、简单化、低成本化和模块化，实施裂变池的整体更换或实施裂变池模块一次性退役；将反应堆主要部件模块化，使反应堆可拆分和组合；采用易重组的套管连接和拆分方法，简化反应堆模块的拆分和重组，套管连接与拆分方法为垂直套接或非垂直套接或非垂直转垂直套接；垂直套接：连接套管（175）可多次重复使用，下方管头为固定管头（176），上方管头为可拆分管头（177），两个管头在同一垂直轴心上，以垂直吊装进行安装；初次连接前，预先将连接套管（175）焊接在下管头（179）上，连接时上管头（178）对准并少许插入连接套管（175）后焊接，焊接面朝上操作简单且焊接效果最佳；拆分时只需在连接套管（175）上端的焊接处下方切割分离；重组时清理连接套管（175）内的残留物，上管头相比前次加长，重复前次的连接流程即可；非垂直套接：非垂直套接以水平管道连接为主，以垂直吊装进行安装，连接在拆分模块上的管头为可拆分管头（177），对应的另一管头为固定管头（176），连接套管（175）为一次性部件，以后按需要逐次加长连接套管（175）或加长可拆分管头（177）；连接时预先在固定管头（176）上套上连接套管（175）但暂不焊接，滑动连接套管（175）露出固定管头（176），两管头对齐后套上连接套管（175），然后分别焊接两端；拆分时需切割掉整个连接套管（175），重新组合时换上长度合适的新连接套管（175），重复前次的连接流程即可；非垂直转垂直套接：连接的两个管道为非垂直管道，将需连接的两个管头以弯头分别转化为同轴心的垂直管头，固定管头（176）在下，可拆分管头（177）在上，其后的连接、拆分和重组方法与垂直套接相同。