Системы и способы регулирования реактивности в реакторе ядерного деления

Системы и способы регулирования реактивности в реакторе ядерного деления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данная заявка относится к регулированию реактивности в реакторе ядерного деления.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка относится к и заявляет преимущество наиболее ранней существующей действительной даты(дат) подачи из следующей перечисленной заявки(заявок) («Родственные заявки») {например, заявляет наиболее ранние доступные даты приоритета, кроме предварительных патентных заявок или заявляет преимущества по 35 USC §119(е) для предварительных патентных заявок, для любых и всех первичных, дедовских, прадедовских и т.д. заявок Родственной заявки(заявок)). Все объекты Родственных заявок и любых и всех первичных, дедовских, прадедовских и т.д. заявок из Родственных заявок, включая любые притязания на приоритет, включены в данный документ ссылкой в тех случаях, когда такой объект не противоречит настоящему.

Родственные заявки:

Для целей неофициальных требований USPTO данная заявка представляет собой частично продолжающуюся патентную заявку США №12/590447, поданную 6 ноября 2009, которая в настоящее время находится на совместном рассмотрении или представляет собой заявку, заявка которой находится в настоящее время на совместном рассмотрении и предоставляет право на преимущество даты подачи.

Для целей неофициальных требований USPTO данная заявка представляет собой частично продолжающуюся патентную заявку США №12/657736, которая в настоящее время находится на совместном рассмотрении или представляет собой заявку, заявка которой находится в настоящее время на совместном рассмотрении и предоставляет право на преимущество даты подачи.

Для целей неофициальных требований USPTO данная заявка представляет собой частично продолжающуюся патентную заявку США №12/657734, поданную 25 января 2010, которая в настоящее время находится на совместном рассмотрении или представляет собой заявку, заявка которой находится в настоящее время на совместном рассмотрении и предоставляет право на преимущество даты подачи.

Патентное ведомство США (USPTO) опубликовало замечание следующего содержания, что компьютерные программы USPTO требуют, чтобы патентные заявители ссылались на серийный номер, а также указывали, является ли заявка продолжающейся, частично продолжающейся или выделенной из патентной заявки. Stephen G. Kunin, Benefit of Prior-Filed Application, USPTO Official Gazette 18 марта 2003. Данный коллектив Заявителей (здесь далее «Заявитель») обеспечил выше специальную ссылку на заявку(и), из которой был заявлен приоритет, как указано законодательством. Заявитель понимает, что законодательство является однозначным в этой специальной стандартной формулировке и не требует либо серийного номера, либо любой характеристики, такой как «продолжающаяся» или «частично продолжающаяся», для заявления приоритета на патентные заявки США. Несмотря на вышеизложенное, Заявитель понимает, что компьютерные программы USPTO имеют определенные требования к вводу данных, и следовательно, Заявитель обеспечил обозначение(я) взаимоотношения между данной заявкой и ее первичной заявкой(ами) как указано выше, но точно указал, что такое обозначение(я) не должно рассматриваться каким бы ни было образом как любой тип комментария и/или признания относительно того. содержит или нет данная заявка любой новый объект в дополнение к объекту его предварительной заявки(ок).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстративные варианты осуществления обеспечивают сборку регулирования реактивности для реактора ядерного деления, систему регулирования реактивности для реактора ядерного деления, имеющего спектр быстрых нейтронов, реактор ядерного деления на бегущей волне, имеющий спектр быстрых нейтронов, способ регулирования реактивности в реакторе ядерного деления, имеющем спектр быстрых нейтронов, способы управления реактором ядерного деления на бегущей волне, имеющим спектр быстрых нейтронов, систему регулирования реактивности в реакторе ядерного деления, имеющем спектр быстрых нейтронов, способ определения применения регулируемо подвижного стержня, систему для определения применения регулируемо подвижного стержня и компьютерный программный продукт для определения применения регулируемо подвижного стержня.

Вышеизложенное краткое описание является исключительно иллюстративным и не предназначено быть каким-либо образом ограничивающим. В дополнение к иллюстративным аспектам, вариантам осуществления и признакам, описанным выше, дополнительные аспекты, варианты осуществления и признаки станут очевидными путем ссылки на графические материалы и последующее подробное описание.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

ФИГУРЫ 1A-1U представляют собой иллюстрации в частичном схематичном виде иллюстративных сборок регулирования реактивности для реактора ядерного деления.

ФИГУРЫ 2А-2АР представляют собой иллюстрации в частичном схематичном виде иллюстративных систем регулирования реактивности для реактора ядерного деления, имеющего спектр быстрых нейтронов.

ФИГ.3 представляет собой иллюстрацию в частичном схематичном виде иллюстративного реактора ядерного деления на бегущей волне, имеющего спектр быстрых нейтронов.

ФИГ.4А представляет собой блок-схему иллюстративного способа регулирования реактивности в реакторе ядерного деления, имеющем спектр быстрых нейтронов.

ФИГУРЫ 4B-4W представляют собой блок-схемы иллюстративных деталей способа ФИГ.4А.

ФИГ.5А представляет собой блок-схему иллюстративного способа управления реактором ядерного деления на бегущей волне, имеющим спектр быстрых нейтронов.

ФИГУРЫ 5В-5Х представляют собой блок-схемы иллюстративных деталей способа ФИГ.5А.

ФИГ.6А представляет собой структурную схему иллюстративной системы регулирования реактивности в реакторе ядерного деления, имеющем спектр быстрых нейтронов.

ФИГУРЫ 6В-6Р представляют собой структурные схемы иллюстративных деталей системы ФИГ.6А.

ФИГ.7А представляет собой блок-схему иллюстративного способа определения применения регулируемо подвижного стержня.

ФИГУРЫ 7B-7G представляют собой блок-схемы иллюстративных деталей способа ФИГ.7А.

ФИГ.8А представляет собой структурную схему иллюстративной системы для определения применения регулируемо подвижного стержня.

ФИГУРЫ 8B-8I представляют собой структурные схемы иллюстративных деталей системы ФИГ.8А.

ФИГ.9А представляет собой блок-схему иллюстративного способа управления реактором ядерного деления на бегущей волне.

ФИГУРЫ 9B-9G представляют собой блок-схемы иллюстративных деталей способов ФИГ.9А.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последующем подробном описании, приведены ссылки на сопроводительные графические материалы, составляющие его неотъемлемую часть. В графических материалах, одинаковые символы обычно определяют одинаковые элементы, если только контекст не диктует обратное. Иллюстративные варианты осуществления, описанные в подробном описании, графических материалах и формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие. Другие варианты осуществления могут быть использованы, и другие изменения могут быть произведены, не отклоняясь от сущности или объема объекта, представленного в данном документе.

Данная заявка использует формальные обозначенные заголовки для ясности представления. Тем не менее, понятно, что обозначенные заголовки предназначены для целей представления, и что различные типы объекта могут обсуждаться на протяжении данной заявки (например, устройство(а)/структура(ы) могут быть описаны под заголовком(ами) процесс(ы)/операции и/или процесс(ы)/операции могут обсуждаться под заголовками структура(ы)/процесс(ы); и/или описания отдельных тем могут охватывать два или более заголовка темы). Следовательно, использование формальных обозначенных заголовков не следует рассматривать как ограничивающее.

Иллюстративная сборка регулирования реактивности

На Фиг.1А показан общий вид иллюстративной сборки 10 регулирования реактивности для реактора ядерного деления (не показан). Стержень 12 регулирования реактивности включает материал 14, поглощающий нейтроны, сконфигурированный для поглощения нейтронов (не показаны). По меньшей мере часть материала 14, поглощающего нейтроны, включает воспроизводящий материал 16 ядерного топлива. По меньшей мере один датчик 18 физически связан со стержнем 12 регулирования реактивности. Датчик 18 сконфигурирован для определения статуса по меньшей мере одного параметра реактивности, связанного со стержнем регулирования реактивности 12. Иллюстративные детали будут представлены ниже в качестве неограничивающих примеров.

Будет понятно, что стержень 12 регулирования реактивности может быть любым типом приемлемого стержня регулирования реактивности. В некоторых вариантах осуществления стержень 12 регулирования реактивности может быть обособленным стержнем регулирования реактивности. То есть, в таком расположении стержень 12 регулирования реактивности не сгруппирован в сборку с другими стержнями, такими как стержни делящегося ядерного топлива и/или другие стержни регулирования реактивности. В некоторых других вариантах осуществления стержень 12 регулирования реактивности может быть частью сборки, которая включает ядерные стержни делящегося ядерного топлива и/или другие стержни регулирования реактивности.

Также будет понятно, что стержень 12 регулирования реактивности может иметь любую физическую форму, как необходимо для конкретного применения. Предоставленный в качестве неограничивающих примеров, в различных вариантах осуществления стержень регулирования реактивности 12 может иметь форму поперечного сечения, которая является квадратной, прямоугольной, круглой, овальной или любой иной, при необходимости. В различных вариантах осуществления стержень 12 регулирования реактивности может быть осуществлен в виде лопатки, и может иметь любую требуемую форму поперечного сечения, такую как прямоугольник, "X", "+", или любую иную форму. Стержень 12 регулирования реактивности может иметь любую форму, которая приемлема для реактора ядерного деления, в котором будет использоваться стержень 12 регулирования реактивности. Не предусматривается никаких ограничений относительно формы стержня 12 регулирования реактивности, и ни одно ограничение не должно подразумеваться.

В некоторых вариантах осуществления материал 14, поглощающий нейтроны, может быть сконфигурирован для поглощения нейтронов быстрого спектра. Например, материал 14, поглощающий нейтроны, может иметь поперечное сечение поглощения, которое позволяет поглощать нейтроны быстрого спектра - то есть, нейтроны, имеющие уровень энергии порядка по меньшей мере около 0,11 МэВ. Предоставленный в качестве неограничивающего примера, материал 14, поглощающий нейтроны, может иметь поперечное сечение поглощения порядка около 10 барн или меньше. В некоторых вариантах осуществления воспроизводящий материал 16 ядерного топлива может служить в качестве компонента материала 14, поглощающего нейтроны, который поглощает быстрые нейтроны. В некоторых других вариантах осуществления, другой компонент(ы) материала 14, поглощающего нейтроны может также случить в качестве дополнительного компонента(ов) материала 14, поглощающего нейтроны (в дополнение к воспроизводящему материалу 16 ядерного топлива), который поглощает быстрые нейтроны. Иллюстративные детали в отношении воспроизводящего материала 16 ядерного топлива и других компонентов материала 14, поглощающего нейтроны, будут представлены ниже.

В некоторых применениях может быть желательным поддержать спектр нейтронов ядерного реактора в пределах спектра быстрых нейтронов. Предоставленная в качестве неограничивающих примеров, сборка 10 регулирования реактивности может быть использована для содействия в регулировании реактивности в быстром реакторе ядерного деления, таком как без ограничения реактор на бегущей волне или быстрый ядерный реактор-размножитель, такой как жидкометаллический быстрый ядерный реактор-размножитель или газоохлаждаемый быстрый ядерный реактор-размножитель или подобное. Исходя из этого, в некоторых других вариантах осуществления материал 14, поглощающий нейтроны, может быть сконфигурирован для снижения замедления нейтронов. Например, материал 14, поглощающий нейтроны, может иметь соответственно большую атомную массу, что помогает уменьшить количество замедления нейтронов быстрого спектра. В связи с этим, снижение может быть произведено путем понижения спектра нейтронов от спектра быстрых нейтронов по направлению к спектрам нейтронов, имеющим уровни энергии нейтронов меньше чем около 0,1 МэВ, таким как эпитермальный спектр нейтронов или термальный спектр нейтронов. Будет понятно, что. Предоставленные в качестве не ограничивающих примеров, элементы семейства актинидов, такие как без ограничения уран и торий, представляют достаточно большую атомную массу для содействия в снижении замедления нейтронов.

В некоторых вариантах осуществления нейтроны быстрого спектра могут быть частью бегущей волны ядерного деления. Бегущая волна ядерного деления может также называться как дефлаграционная волна ядерного деления. Неограничивающие примеры инициации и распространения бегущей волны ядерного деления описаны в Патентной заявке США №11/605943, имеющей название AUTOMATED NUCLEAR POWER РЕАКТОР FOR LONG-TERM OPERATION, указывающей RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD, И LOWELL L. WOOD, JR. в качестве изобретателей, поданной 28 ноября 2006; Патентной заявке США №11/605848, имеющей название METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING FUEL IN A NUCLEAR РЕАКТОР, указывающей RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD, И LOWELL L. WOOD, JR. в качестве изобретателей, поданной 28 ноября 2006; и Патентной заявке США №11/605933, имеющей название CONTROLLABLE LONG TERM OPERATION OF A NUCLEAR РЕАКТОР, указывающей RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD, И LOWELL L. WOOD, JR. в качестве изобретателей, поданной 28 ноября 2006, полные содержания которых включены в данное описание ссылкой.

Воспроизводящий материал 16 ядерного топлива, которое включено в материал 14, поглощающий нейтроны, может включать любой тип воспроизводящего материала ядерного топлива, как необходимо для конкретного применения. Например, в некоторых вариантах осуществления воспроизводящий материал 16 ядерного топлива может включать уран, такой как ²³⁸U. Будет понятно, что поперечный спектр поглощения для быстрых нейтронов ²³⁸U составляет порядка около 0,2 барн. В некоторых других вариантах осуществления воспроизводящий материал 16 ядерного топлива может включать торий, такой как ²³²Th. Будет понятно, что поперечный спектр поглощения для быстрых нейтронов ²³²Th составляет порядка около 0,2 барн. Воспроизводящий материал 16 ядерного топлива может быть обеспечен в любой приемлемой форме, как необходимо, такой как без ограничения порошкообразная форма, форма отдельных частиц, например, гранулы или пеллеты, или любая другая форма, при необходимости.

В некоторых применениях может быть желательным снизить спектр нейтронов от спектра быстрых нейтронов по направлению к спектрам нейтронов, имеющим уровни энергии нейтронов меньше чем около 0,1 МэВ, таким как эпитермальный спектр нейтронов или термальный спектр нейтронов. Например, в таких применениях сборка регулирования реактивности 10 может быть использована для содействия в регулировании реактивности в ядерном реакторе на медленных нейтронах, таком как без ограничения реактор с охлаждением водой под давлением. В качестве другого примера в некоторых других применениях сборка 10 регулирования реактивности может быть использована для содействия в регулировании реактивности в быстром реакторе ядерного деления, в котором желательным является снизить спектр нейтронов для снижения радиационного повреждения. Исходя из этого и ссылаясь теперь на Фиг.1В-1G, в некоторых вариантах осуществления стержень 12 регулирования реактивности может также включать материал 20 для замедления нейтронов в дополнение к воспроизводящему материалу 16 ядерного топлива. Материал 20 для замедления нейтронов может включать любой приемлемый материал для замедления нейтронов, как необходимо для конкретного применения. Предоставленный в качестве неограничивающего примера, материал 20 для замедления нейтронов может включать любой один или более из следующего: водород, дейтерий, гелий, литий, бор, углерод, графит, натрий, свинец и подобное.

Когда обеспечивается материал 20 для замедления нейтронов, материал 20 для замедления нейтронов может быть распределен внутри стержня 12 регулирования реактивности любым способом, как необходимо для конкретного применения. Например, и как показано на Фиг.1В-1F для иллюстрации и не для ограничения, в некоторых вариантах осуществления материал 20 для замедления нейтронов может быть по существу гетерогенно распределен внутри стержня 12 регулирования реактивности. Предоставленный в качестве не ограничивающих примеров, материал для 20 замедления нейтронов может быть неоднородно распределен в дисках 21 (Фиг.1В и 1C). Диски 21 могут быть ориентированы по существу соосно с осевой ориентацией стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1В) или по существу поперек осевой ориентации стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1C). Предоставленный в качестве дополнительных не ограничивающих примеров, материал 20 для замедления нейтронов может быть гетерогенно распределен по направлению к концам стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1D) или по направлению к середине стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1Е). Предоставленный в качестве дополнительного не ограничивающего примера, материал 20 для замедления нейтронов может быть обеспечен в виде вытеснителя 23 стержня (как показано на Фиг.1F). Будет понятно, что любое неравномерное распределение может быть использовано, если необходимо. Никакое конкретное неравномерное распределение не предназначено для иллюстрации и не предусматривается. В некоторых других вариантах осуществления и как показано на Фиг.1G, материал 20 для замедления нейтронов может быть по существу однородно распределен внутри стержня 12 регулирования реактивности.

Ссылаясь теперь на Фиг.1Н-1М, в некоторых вариантах осуществления материал 14, поглощающий нейтроны, может также включать поглотитель 22 нейтронов в дополнение к воспроизводящему материалу 16 ядерного топлива. Поглотитель 22 нейтронов может включать любой требуемый приемлемый поглотитель нейтронов. Например, и предоставленный в качестве неограничивающих примеров, поглотитель 22 нейтронов может включать любой один или более из следующего: серебро, индий, кадмий, гадолиний, гафний, литий, ³He, продукты деления, протактиний, нептуний, бор и подобное. Поглотитель 22 нейтронов может быть обеспечен в любой необходимой приемлемой форме, такой как без ограничения порошкообразная форма, форма отдельных частиц, например, гранулы или пеллеты, или любая другая форма, при необходимости.

Когда обеспечивается поглотитель 22 нейтронов, поглотитель 22 нейтронов может быть распределен внутри стержня 12 регулирования реактивности любым способом, как необходимо для конкретного применения. Например, и как показано на Фиг.1Н-1L для иллюстрации и не для ограничения, в некоторых вариантах осуществления поглотитель 22 нейтронов может быть по существу неоднородно распределен внутри стержня 12 регулирования реактивности. Предоставленный в качестве не ограничивающих примеров, поглотитель 22 нейтронов может быть неоднородно распределен в дисках 25 (Фиг.1Н и 1I). Диски 25 могут быть сориентированы по существу соосно с осевой ориентацией 12 стержня регулирования реактивности (как показано на Фиг.1Н) или по существу поперек осевой ориентации стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1I). Предоставленный в качестве дополнительных не ограничивающих примеров, поглотитель 22 нейтронов может быть неоднородно распределен по направлению к концам стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1J) или по направлению к середине стержня 12 регулирования реактивности (как показано на Фиг.1K). Предоставленный в качестве дополнительного не ограничивающего примера, поглотитель 22 нейтронов может быть обеспечен как вытеснитель 27 стержня (как показано на Фиг.1L). Будет понятно, что, при необходимости может быть использовано любое неоднородное распределение. Никакое конкретное гетерогенное распределение не предназначено для иллюстрации и не предусматривается. В некоторых других вариантах осуществления, и как показано на Фиг.1М, поглотитель 22 нейтронов может быть по существу гомогенно распределен внутри стержня 12 регулирования реактивности.

В некоторых вариантах осуществления и со ссылкой на ФИГУРЫ 1Н-1P, эффект реактивности, достигаемый воспроизводящим материалом 16 ядерного топлива может выравниваться в направлении эффекта реактивности, достигаемый частями поглотителя 22 нейтронов. Например, такое выравнивание может быть желательным для смягчения локализованной неравномерности нейтронного потока. Будет понятно, что такое выравнивание может осуществляться вне зависимости от того, распределен ли воспроизводящий материал 16 ядерного топлива неоднородно или однородно, и вне зависимости от того, распределен ли поглотитель 22 нейтронов неоднородно (Фиг.1Н-1L и Фиг.1O-1P) или однородно (Фиг.1M).

В некоторых других вариантах осуществления и все еще ссылаясь на Фиг.1Н-1P, эффект реактивности воспроизводящего материала 16 ядерного топлива и эффект реактивности поглотителя 22 нейтронов может быть локально адаптирован, как необходимо для конкретного применения. Например, в некоторых вариантах осуществления, и как показано в общем на Фиг.1N стержень 12 регулирования реактивности имеет участок 24 и участок 26. Будет понятно, что участки 24 и 26 могут быть расположены в любом месте внутри стержня 12 регулирования реактивности, при необходимости. Не предусматривается никаких ограничений, и графические материалы следует рассматривать как приведенные исключительно в иллюстративных целях. Концентрация 28 поглотителя 22 нейтронов располагается в участке 24 и концентрация 30 поглотителя 22 нейтронов располагается в участке 26. Концентрация 32 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива располагается в участке 24 и концентрация 34 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива располагается в участке 26. Будет понятно, что концентрация может быть определена на основании объема, на основании площади или на основании длины, при необходимости.

Будет понятно, что эффекты реактивности концентраций 28 и 30 поглотителя 22 нейтронов и эффекты реактивности концентраций 32 и 34 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива могут быть адаптированы, как необходимо для конкретного применения. Например, в некоторых вариантах осуществления и как показано на Фиг.1Н-1P эффект реактивности концентрации 30 поглотителя 22 нейтронов может быть по существу выровнен с эффектом реактивности концентрации 32 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива. В некоторых других вариантах осуществления и что также показано на Фиг.1Н-1P эффект реактивности концентрации 28 поглотителя 22 нейтронов может быть по существу выровнен с эффектом реактивности концентрация 34 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива.

В некоторых других вариантах осуществления и как показано на Фиг.1Н-1P эффект реактивности концентрации 30 поглотителя 22 нейтронов может быть отличным от эффекта реактивности концентрации 32 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива. В других вариантах осуществления эффект реактивности концентрации 28 поглотителя 22 нейтронов может быть отличным от эффект реактивности концентрации 34 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива.

При необходимости могут быть осуществлены другие эффекты реактивности. Например и как показано на Фиг.1Н-1P, в некоторых вариантах осуществления сумма эффектов реактивности концентрации 28 поглотителя 22 нейтронов и концентрации 32 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива может быть по существу выровнена в направлении суммы эффектов реактивности концентрации 30 поглотителя 22 нейтронов и концентрации 34 воспроизводящего материала 16 ядерного топлива. В некоторых других вариантах осуществления, эффект реактивности является по существу постоянным между участком 24 и участком 26.

При необходимости, концентрация воспроизводящего материала 16 ядерного топлива и/или поглотителя 22 нейтронов могут варьироваться. Например и как показано на Фиг.1O и 1P, в некоторых вариантах осуществления концентрация воспроизводящего материала 16 ядерного топлива и/или поглотителя 22 нейтронов могут изменяться по непрерывному градиенту. Предоставленный в качестве не ограничивающего примера, как показано на Фиг.1O воспроизводящий материал 16 ядерного топлива и поглотитель 22 нейтронов могут быть обеспечены в клинах 36 и 38, соответственно, которые примыкают друг к другу по их гипотенузе 40. Предоставленный в качестве другого не ограничивающего примера, как показано на Фиг.1P, воспроизводящий материал 16 ядерного топлива и поглотитель 22 нейтронов могут быть обеспечены в состыкованных секциях, имеющих форму усеченного конуса 42 и 44, соответственно. Будет понятно, что воспроизводящий материал 16 ядерного топлива и поглотитель 22 нейтронов могут быть обеспечены в других приемлемых расположениях, в которых их концентрации изменяются по непрерывному градиенту, и расположения не ограничиваются теми, которые показаны на Фиг.1G и 1Н для иллюстрации и не для ограничения.

В некоторых других вариантах осуществления, концентрация воспроизводящего материала 16 ядерного топлива и/или поглотителя 22 нейтронов могут изменяться по непрерывному градиенту. Например, концентрация воспроизводящего материала 16 ядерного топлива и/или поглотителя 22 нейтронов могут изменяться по непрерывному градиенту как результат неоднородного распределения, как показано на Фиг.1Н-1L. В таких случаях, концентрация 22 поглотителя нейтронов может варьироваться по непрерывному градиенту, потому что поглотитель 22 нейтронов обеспечивается в дискретных местоположениях (в отличие от однородного распределения). Также в таких случаях, концентрация воспроизводящего материала 16 ядерного топлива может варьироваться по непрерывному градиенту, потому что воспроизводящий материал 16 ядерного топлива обеспечивается в дискретных местоположениях, которые являются отделенными друг от друга с помощью дискретных местоположений поглотителя 22 нейтронов.

В некоторых вариантах осуществления воспроизводящий материал 16 ядерного топлива и поглотитель 22 нейтронов могут быть пространственно зафиксированы относительно друг друга. То есть, в таких расположениях воспроизводящий материал 16 ядерного топлива и поглотитель 22 нейтронов физически не перемещаются в отношении друг друга. Тем не менее, в некоторых других вариантах осуществления воспроизводящий материал 16 ядерного топлива и поглотитель 22 нейтронов могут быть пространственно перемещаемыми относительно друг друга. Как предоставлено в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на Фиг.1Н-1L и 1O-1P, любое одно или более из дискретных местоположений поглотителя 22 нейтронов, такого как без ограничения диски 25, может быть постепенно получено в стержне 12 регулирования реактивности и при необходимости может быть перемещено в и из стержня регулирования реактивности 12 с помощью приемлемого механизма, такого как приводной механизм регулирующего стержня (не показан) или подобного.

Датчик 18 может быть физически связан со стержнем 12 регулирования реактивности в любой приемлемой физической связи, при необходимости. Например, ссылаясь теперь на Фиг.1А-1P, а также на Фиг.1Q, в некоторых вариантах осуществления физическая связь может включать датчик 18, расположенный внутри внутренней части 46 стержня 12 регулирования реактивности. Например, датчик 18 может быть расположен посредством любого приемлемого способа прикрепления на поверхности внутренней части 48 защитного покрытия 50 стержня 12 регулирования реактивности. В качестве дополнительного примера и со ссылкой на Фиг.1А-1P, а также на Фиг.1R, в некоторых других вариантах осуществления физическая связь может включать датчик 18, расположенный вблизи внешней части 52 стержня 12 регулирования реактивности. Например, датчик 18 может быть расположен посредством любого приемлемого способа на поверхности внешней части 54 защитного покрытия 50.

Любой один или более различных параметров реактивности, связанных со стержнем 12 регулирования реактивности могут быть обнаружены с помощью датчика 18. Предоставленный в качестве не ограничивающих примеров, обнаруженный параметр реактивности может включать любой один или несколько параметров, таких как интегральный поток нейтронов, нейтронный поток, вызванные нейтронами деления, продукты деления, события радиоактивного распада, температура, давление, мощность, изотопная концентрация, выгорание, и/или спектр нейтронов.

Датчик 18 может включать любой приемлемый датчик, который сконфигурирован для обнаружения параметра реактивности, который желательно обнаружить. Предоставленный в качестве не ограничивающего примера в некоторых вариантах осуществления, датчик 18 может включать по меньшей мере один детектор деления, такой как без ограничения карманный детектор деления. В некоторых других вариантах осуществления датчик 18 может включать регистратор нейтронного потока, такой как без ограничения камера деления и/или ионизационная камера. В некоторых вариантах осуществления датчик 18 может включать датчик интегрального потока нейтронов, такой как без ограничения интегрирующий алмазный датчик. В некоторых вариантах осуществления датчик 18 может включать детектор продуктов деления, такой как без ограничения детектор газа, β детектор и/или γ детектор. В некоторых вариантах осуществления, если это обеспечено, детектор продуктов деления может быть сконфигурирован для измерения соотношения типов изотопов в газообразном продукте деления. В некоторых вариантах осуществления датчик 18 может включать датчик температуры. В некоторых других вариантах осуществления датчик 18 может включать датчик давления. В некоторых вариантах осуществления датчик 18 может включать датчик мощности, такой как без ограничения ядерно-физический прибор для измерения диапазона мощности. В некоторых вариантах осуществления, при необходимости датчик 18 может быть съемным.

В некоторых применениях может быть желательным ослабить эффекты внутреннего давления внутри стержня 12 регулирования реактивности, оказанное продуктами деления, такими как газообразные продукты деления. В таких случаях и ссылаясь теперь на Фиг.IS, в некоторых вариантах осуществления стержень 12 регулирования реактивности может определять по меньшей мере одну камеру 56, сконфигурированную для накопления продуктов деления. Например, если это обеспечено, камера 56 может включать камеру повышенного давления 58. В некоторых вариантах осуществления камера повышенного давления 58 может быть расположена по меньшей мере на один средний свободный пробег λ_т для вызывающих деление нейтронов от воспроизводящего материала 16 ядерного топлива. В некоторых вариантах осуществления устройство 60 предотвращения противотока, такое как обратный клапан, например, шаровой обратный клапан или подобное, может быть обеспечена для содействия в предотвращении обратного попадания в стержень 12 регулирования реактивности газообразных продуктов деления, которые были дегазированы 12 из стержня регулирования реактивности.

Ссылаясь теперь на Фиг.1T, в некоторых вариантах осуществления может быть обеспечено калибровочное устройство 62, сконфигурированное для калибровки датчика 18. Будет понятно, что, если это обеспечено, калибровочное устройство 62 соответственно представляет собой источник, имеющий известные характеристики или показатели параметра реактивности, обсуждаемые выше, и который обнаруживается с помощью датчика 18.

Ссылаясь теперь на Фиг.1U, в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере одно устройство 64 связи может быть функционально соединено с датчиком 18, как, в общем, указано в 66. Устройство 18 связи, соответственно, является любым приемлемым устройством, которое может функционально связывать датчик 18 сигналами с приемлемым приемным устройством связи (не показан), как в общем указано в 68. Предоставленное в качестве не ограничивающих примеров, устройство 64 связи может включать электрический кабель, оптоволоконный кабель, телеметрический передатчик, радиочастотный передатчик, оптический передатчик или подобное.

Иллюстративная система регулирования реактивности

Ссылаясь теперь на Фиг.2А, обеспечивается иллюстративная система 210 регулирования реактивности для реактора ядерного деления (не показан), имеющего спектр быстрых нейтронов. Предоставленная в качестве общего представления, система 210 регулирования реактивности включает стержень 212 регулирования реактивности. Стержень 212 регулирования реактивности включает материал 214, поглощающий нейтроны, сконфигурированный для поглощения нейтронов быстрого спектра. По меньшей мере часть материала 214, поглощающего нейтроны, включает воспроизводящий материал 216 ядерного топлива. Привод 217 является чувствительным к по меньшей мере одному параметру реактивности и функционально соединен, как указано в общем в 219, со стержнем 212 регулирования реактивности. Иллюстративные детали будут представлены ниже для неограничивающих примеров.

Привод 217 может быть чувствительным к любому одному или нескольким из различных параметров реактивности, как необходимо для конкретного применения. В некоторых вариантах осуществления, параметр реактивности может включать любой один или несколько параметров реактивности реактора ядерного деления. В некоторых других вариантах осуществления параметр реактивности может включать любой один или несколько параметров реактивности стержня 212 регулирования реактивности. Предоставленный в качестве неограничивающих примеров, параметр реактивности может включать любой один или несколько параметров, таких как интегральный поток нейтронов, нейтронный поток, вызванные нейтронами деления, продукты деления, события радиоактивного распада, температура, давление, мощность, изотопная концентрация, выгорание и спектр нейтронов.

Как упоминалось выше, реактор ядерного деления (не показан) имеет спектр быстрых нейтронов. В некоторых вариантах осуществления реактор ядерного деления может включать реактор на бегущей волне, в этом случае нейтроны быстрого спектра могут быть частью бегущей волны ядерного деления. В некоторых других вариантах осуществления реактор ядерного деления может включать быстрый ядерный реактор-размножитель, такой как жидкометаллический быстрый ядерный реактор-размножитель или газоохлаждаемый быстрый ядерный реактор-размножитель или подобное.

В некоторых вариантах осуществления материал 214, поглощающий нейтроны, может быть сконфигурирован для снижения замедления нейтронов.

Например, материал 14, поглощающий нейтроны, может иметь соответственно большую атомную массу, которая может содействовать в снижении количества замедляющихся нейтронов быстрого спектра. В связи с этим, снижение может быть произведено путем понижения спектра нейтронов от спектра быстрых нейтронов в направлении спектров нейтронов, имеющих уровни энергии нейтронов меньше чем около 0,1 МэВ, такие как эпитермальный спектр нейтронов или термальный спектр нейтронов. Будет понятно, что, предоставленные в качестве неограничивающих примеров, элементы семейства актинидов, такие как без ограничения уран и торий, представляют достаточно большую атомную массу для содействия в снижении замедления нейтронов.

Воспроизводящий материал 216 ядерного топлива, которое включено в материал 214, поглощающий нейтроны, может включать любой тип воспроизводящего материала ядерного топлива, как необходимо для конкретного применения. Например, в некоторых вариантах осуществления воспроизводящий материал 216 ядерного топлива может включать уран, такой как ²³⁸U. В некоторых других вариантах осуществления воспроизводящий материал 16 ядерного топлива может включать торий, такой как ²³²Th. Воспр