Устройство и способы управления реактивностью в ядерном реакторе деления, ядерные реакторы деления и способы создания устройства управления реактивностью

Устройство и способы управления реактивностью в ядерном реакторе деления, ядерные реакторы деления и способы создания устройства управления реактивностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Если инструкция (ADS) по применению изделия была подана на дату подачи данной заявки, то она включается в данную заявку посредством ссылки. Любые заявки, заявляющие приоритет на ADS в соответствии с 35 U.S.C. §§ 119, 120, 121 или 365 (с), и все без исключения основные заявки и заявки, поданные ранее основных заявок, и тому подобные заявки также включаются посредством ссылки, включая любые притязания на приоритет, осуществленный в данных заявках, и любой материал, включенный посредством ссылки, при условии, что такой предмет обсуждения посредством этого не является противоречивым.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка относится к и/или притязает на преимущества наиболее ранней доступной действительной даты (дат) подачи заявки из следующих перечисленных заявок («приоритетных заявок»), если таковые имеются в перечисленных ниже (например, притязает на наиболее ранние доступные действительные даты подачи заявки за исключением предварительных заявок на патент или притязает на преимущества предварительных заявок на патент в соответствии с 35 USC § 119 (е) и всех без исключения основных заявки и заявок, поданных ранее основных заявок, и тому подобных заявок приоритетной заявки (заявок)). Кроме того, настоящая заявка относится к «Родственным заявкам», если таковые имеются в перечисленных ниже.

Приоритетные заявки:

В целях неофициальных требований USPTO настоящая заявка притязает на преимущества приоритета предварительной заявки на патент США №61/567609 под названием SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING REACTIVITY IN A NUCLEAR FISSION REACTOR, выданной на имя Jesse R. Cheatham, III, Robert A. Corbin, Christopher C. Johns, Brian C. Johnson, Jon D. McWhirter, Robert C. Petroski, K. Michael Steer, James M. Vollmer, Joshua C. Walter в качестве авторов изобретения, поданной 6 декабря 2011 г., которая была подана в течении двенадцати месяцев, предшествующих дате подачи настоящей заявки, или, которая является заявкой, одной из заявок, находящихся одновременно на рассмотрении патентного ведомства, которой в настоящее время предоставляется право на преимущество даты подачи заявки.

Родственные заявки:

Отсутствуют.

Патентное бюро (USPTO) США опубликовало уведомление о том, что компьютерным программам USPTO необходимо, чтобы заявители патента указывали как серийный номер, так и указатель о том, что заявка является продолжением, частичным продолжением или составляющей основной заявки. Stephen G. Kunin, Benefit of Prior-Filed Application, USPTO Official Gazette March 18, 2003. USPTO также предоставило формы для инструкции по применению изделия, которые позволяют автоматическую загрузку библиографических данных, но которые требуют идентификации каждой заявки в качестве продолжения, частичного продолжения или составляющей основной заявки. Настоящее лицо-заявитель (в дальнейшем «заявитель») предоставило выше конкретную ссылку на заявку (заявки), в отношении которой в настоящее время осуществляется притязание на приоритет, как указано в законе. Заявитель понимает, что закон является однозначным в своей конкретной стандартной формулировке и не требует серийного номера или какой-либо характеристики, такой как «продолжение» или «частичное продолжение», для притязания на приоритет заявок на патент США. Независимо от вышеизложенного заявитель понимает, что компьютерные программы USPTO имеют определенные требования относительно ввода данных и, следовательно, заявитель предоставил обозначение (обозначения) взаимоотношения между настоящей заявкой и ее основной заявкой (заявками), как указано выше и в любой ADS, поданной в данной заявке, но прямо отметил, что такое обозначение (обозначения) никоим образом не должно подразумеваться в качестве какого-либо типа пояснения и/или допущения независимо от того, содержит ли настоящая заявка какой-либо новый предмет обсуждения в дополнение к предмету обсуждения основной заявки (заявок).

Если перечни заявок, предоставленные выше, не соответствуют перечням, предоставленным через ADS, то намерением Заявителя является притязание на приоритет каждой заявки, которая входит в область приоритетных заявок ADS и каждой заявки, которая входит в область приоритетных заявок данной заявки.

Предмет обсуждения приоритетных заявок и родственных заявок и всех без исключения основных заявок и заявок, поданных ранее основных заявок, и тому подобных заявок из приоритетных заявок и родственных заявок, включая любые притязания на приоритет, полностью включается в данную заявку посредством ссылки при условии, что такой предмет обсуждения посредством этого не является противоречивым.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к управлению реактивностью в ядерном реакторе деления.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрываются пояснительные устройства, сборки и способы для управления реактивностью в ядерном реакторе деления, раскрываются пояснительные ядерные реакторы деления и раскрываются пояснительные способы создания устройства управления реактивностью.

Вышеизложенная сущность является лишь пояснительной и никоим образом не предназначена в качестве ограничения. В дополнение к пояснительным аспектам, вариантам осуществления и признакам, описанным выше, следующие аспекты, варианты осуществления и признаки станут очевидны посредством ссылки на графические материалы и следующее подробное описание.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1А-1С изображены схематические изображения пояснительных вариантов осуществления устройств пассивного управления реактивностью.

На фиг. 2А изображено схематическое изображение другого пояснительного варианта осуществления устройства пассивного управления реактивностью.

На фиг. 2В изображен вид в перспективе устройства пассивного управления реактивностью, изображенного на фиг. 2А.

На фиг. 2С изображен вид в перспективе в разобранном состоянии пояснительного устройства управления реактивностью.

На фиг. 3 изображено схематическое изображение пояснительного ядерного реактора деления.

На фиг. 4А изображена блок-схема пояснительного способа управления реактивностью в ядерном реакторе деления.

На фиг. 4B-4D изображены подробности способа блок-схемы, изображенной на фиг. 4А.

На фиг. 5А изображена блок-схема пояснительного способа создания устройства пассивного управления реактивностью.

На фиг. 5B-5D изображены подробности способа блок-схемы, изображенной на фиг. 5А.

На фиг. 6А изображена блок-схема пояснительного способа создания устройства управления реактивностью.

На фиг. 6В-6С изображены подробности способа блок-схемы, изображенной на фиг. 6А.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В следующем подробном описании осуществляется ссылка на прилагаемые графические материалы, которые формируют часть данной заявки. На графических материалах подобные символы обычно указывают на подобные компоненты, если в контексте не указано иное.

Пояснительные варианты осуществления, описанные в подробном описании, графических материалах и формуле изобретения, не предназначены для ограничения. Другие варианты осуществления могут быть использованы и другие изменения могут быть осуществлены без отступления от сущности и объема предмета обсуждения, представленного в данной заявке.

Специалисты в данной области техники придут к выводу, что описанные в данной заявке компоненты (например, операции), приспособления, объекты и прилагаемое к ним описание используются в качестве примеров для концептуальной ясности и, что предполагаются модификации конфигурации. Соответственно, как используется в данной заявке, изложенные конкретные образцы и прилагаемое описание предназначены для представления их более общих классов. В общем, использование любого конкретного образца предназначено для представления его класса и невнесение конкретных компонентов (например, операций), приспособлений и объектов не должно восприниматься в качестве ограничения.

В настоящей заявке используются формальные заголовки краткого содержания для ясности представления. Однако следует понимать, что заголовки краткого содержания предназначаются в целях презентации и, что различные типы предмета обсуждения могут быть описаны по всей заявке (например, приспособление (приспособления)/структура (структуры) может быть описана в соответствии с заголовком (заголовками) процесса (процессов)/операций и/или процесс (процессы)/операции могут быть описаны в соответствии с заголовками структуры (структур)/процесса (процессов); и/или описания отдельных тем может охватывать два или более заголовков темы). Следовательно, использование формальных заголовков краткого содержания никоим образом не предназначено для ограничения.

Общее представление

В качестве общего представления раскрываются пояснительные устройства, сборки и способы для управления реактивностью в ядерном реакторе деления, раскрываются пояснительные ядерные реакторы деления и раскрываются пояснительные способы для создания устройства управления реактивностью.

Раскрытые варианты осуществления применимы абсолютно к любым ядерным реакторам деления, таким как без ограничения реакторы с жидкометаллическим охлаждением, реакторы с газовым охлаждением, реакторы с водным охлаждением, быстрые реакторы и/или тепловые реакторы, работа которых изменяется в тепловых рабочих параметрах, таких как без ограничения по меньшей мере одна температура и/или по меньшей мере один поток. В ответ на изменение в тепловом рабочем параметре в ядерном реакторе деления в различных вариантах осуществления реактивностью в ядерном реакторе деления можно управлять посредством перемещения материала, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, в или из области активной зоны ядерного реактора деления. Например, и для наглядности, а не ограничения, в различных вариантах осуществления материал, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, может включать: (i) поглотитель нейтронов; (ii) замедлитель нейтронов; и/или (iii) ядерное топливо.

При необходимости в некоторых случаях раскрытые варианты осуществления могут служить в качестве первичных средств для управления реактивностью в ядерном реакторе деления. В других случаях при необходимости управление реактивностью, осуществляемое раскрытыми вариантами осуществления, может быть дополнено одним любым или несколькими управляющими стержнями, вредными поглотителями, распределенными в охладителе реактора, и/или эффектами реактивности из особенностей или систем тепловой обратной связи.

Все еще в качестве общего представления и ссылки на фиг. 1А в пояснительном варианте осуществления устройство 10 пассивного управления реактивностью содержит приводящий материал 12, реагирующий на тепловой рабочий параметр ядерного реактора деления, и материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, который отличается от приводящего материала 12, при этом часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, находится в физическом контакте с частью приводящего материала 12, при этом материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, выполнен с возможностью перемещения посредством приводящего материала 12 в и из выбранной части активной зоны (не показана) ядерного реактора деления.

В общих чертах варианты осуществления работают в соответствии со следующими принципами. Ядерный реактор (не показан) деления работает и имеет по меньшей мере один тепловой рабочий параметр. Объем приводящего материала 12 изменяется в ответ на тепловой рабочий параметр (тепловые рабочие параметры). Приводящий материал 12 перемещает материал 12, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, в или из выбранной части активной зоны ядерного реактора деления. Параметр поглощения нейтронов может быть модифицирован в выбранной части активной зоны ядерного реактора деления в ответ на перемещение материала 12, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, в или из выбранной части активной зоны ядерного реактора деления.

Подробности не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления, представленных в качестве примера, а не ограничения, будут изложены ниже.

Не имеющие ограничительного характера варианты осуществления устройств пассивного управления реактивностью

Раскрываются различные варианты осуществления устройства пассивного управления реактивностью. Как обсуждалось выше, при необходимости в некоторых случаях раскрытые варианты осуществления могут служить в качестве первичных средств для управления реактивностью в ядерном реакторе деления. В других случаях при необходимости управление реактивностью, осуществляемое раскрытыми вариантами осуществления, может быть дополнено любым одним или несколькими управляющими стержнями, вредными поглотителями, распределенными в охладителе реактора, и/или эффектами реактивности из особенностей или систем тепловой обратной связи.

Независимо от этого и при необходимости любой один или несколько из раскрытых вариантов осуществления могут работать без внешнего воздействия, такого как без ограничения электрическое или механическое воздействие, как воздействие со стороны системы управления или системы с нанятым человеком-оператором, которая устанавливает электромеханическую функцию. Однако следует понимать, что в некоторых других вариантах осуществления подобные функции управления реактивностью могут быть достигнуты посредством взаимодействия с любой подходящей системой, устройством, приспособлением или способом, таким как без ограничения подача или управление объемом или давлением материалов, таких как жидкости внутри устройств, или изменение конфигурации устройств, такой как объем корпуса, расположение внутри активной зоны или расположение одного или нескольких корпусов относительно друг друга внутри одного или нескольких устройств.

Не имеющие ограничительного характера подробности будут изложены ниже в качестве примера, а не ограничения.

Все еще ссылаясь на фиг. 1А и представленный в качестве не имеющего ограничительного характера пример в не имеющем ограничительного характера варианте осуществления устройства 10 пассивного управления реактивностью содержит приводящий материал 12, реагирующий на тепловой рабочий параметр ядерного реактора деления. Устройство 10 управления реактивностью также содержит материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, который отличается от приводящего материала 12. Часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, находится в физическом контакте с частью приводящего материала 12, а материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, выполнен с возможностью перемещения приводящим материалом 12 в и из выбранной части активной зоны (не показана) ядерного реактора деления.

В некоторых вариантах осуществления приводящий материал 12 и часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, размещаются в резервуаре 16. Другая часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, размещается в резервуаре 18. Резервуар 16 и резервуар 18 соединяются посредством трубопровода 20, который также содержит часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов. Резервуар 18 соответственно располагается рядом с выбранной частью активной зоны (не показана) ядерного реактора деления, такой как активная область активной зоны ядерного реактора деления.

Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления устройство может содержать несколько приводящих материалов 12, несколько материалов 14, модифицирующих параметр поглощения нейтронов, несколько резервуаров 16 и/или несколько резервуаров 18 при необходимости для конкретного применения. Следует понимать, что приводящий материал (материалы) 12, материал (материалы) 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, резервуар (резервуары) 16 и/или резервуар (резервуары) 18 могут иметь различные расположения относительно активного участка или области активной зоны ядерного реактора деления, так что достигается необходимый эффект реактивности.

Перемещение материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, внутри приспособления может быть осуществлено посредством расширения приводящего материала 12. В некоторых вариантах осуществления объем резервуара 16, который содержит приводящий материал 12, или резервуара 18, который содержит материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, может быть изменен, например, посредством выбора и/или конфигурации расширяющихся от тепла материалов или нескольких материалов с различными коэффициентами теплового расширения. В качестве не имеющих ограничительного характера примеров начальный объем резервуара 16 может изменяться вследствие изменений в температуре, следовательно, вталкивая или выталкивая приводящий материал 12 в или из резервуара 16. Подобные системы могут быть настроены для резервуара 18. Материалы могут быть выбраны для резервуара 16 и резервуара 18 таким образом, чтобы резервуар 16 и резервуар 18 расширялись с различными скоростями для заданного изменения в температуре. Дифференциальное изменение в расширении может быть использовано для изменения количества приводящего материала 12 или материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, в резервуаре 16 или резервуаре 18 или как в резервуаре 16, так и в резервуаре 18.

Материалы, содержащие приводящий материал 12 и материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, могут быть при необходимости выбраны для конкретного применения и могут частично зависеть от факторов, таких как без ограничения тип ядерного реактора деления и/или расположение внутри конкретного ядерного реактора деления. Например, и для наглядности, а не ограничения, устройства для использования в легководном реакторе (LWR) может быть сконструирована из сплавов, обычно используемых в LWR, таких как сплавы на основе циркония. В качестве следующего примера, представленного для наглядности, а не ограничения, устройства для использования в высокотемпературных реакторах, таких как реакторы с газовым охлаждением, могут быть сконструированы из керамических материалов, таких как оксиды металла, карбиды или нитриды, или огнеупорных материалов и сплавов, таких как рений, тантал или их сплавы.

В некоторых вариантах осуществления приводящий материал 12 может содержать газ. Газ соответственно может быть инертным (или относительно инертным) газом, таким как без ограничения N₂ или CO₂ (или их сочетанием). При необходимости газ может быть благородным газом, таким как без ограничения He, Xe, Kr, Ar, Ne или Rn (или их сочетанием). В вариантах осуществления, в которых материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, является жидкостью, приводящий материал может являться паром жидкости. Например, и для наглядности, а не ограничения, в вариантах осуществления, в которых материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, является жидким NH₃, приводящий материал может являться газообразным NH₃.

В некоторых вариантах осуществления приводящий материал 12 может содержать жидкость. Ссылаясь также на фиг. 1В, в устройстве 10А пассивного управления реактивностью приводящий материал 12 содержит жидкость. В некоторых вариантах осуществления материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, содержит жидкость, которая является несмешиваемой с приводящим материалом 12. В таких вариантах приводящий материал 12 и материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, имеют различные плотности. В некоторых случаях приводящий материал 12 может иметь более высокую плотность, чем материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, а в некоторых других случаях приводящий материал 12 может иметь более низкую плотность, чем материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов.

Приводящий материал 12 и часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, размещаются в резервуаре 16А, и резервуар 16А и резервуар 18 соединяются посредством трубопровода 20А, который также содержит часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов. Все остальные подробности устройства 10А подобны тем, которые относятся к устройству 10 (фиг. 1А), и не будут повторяться.

Следует понимать, что любые несмешиваемые жидкости могут быть выбраны для приводящего материала 12 и материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, при необходимости для конкретного применения. Жидкость для материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, в устройстве 10А, размещенном в LWR, соответственно может быть легкоплавким жидким металлом или водным или органическим раствором, таким как борированная вода. Дополнительные факторы, которые могут также способствовать определению пригодности несмешиваемых жидкостей для использования в качестве приводящего материала 12 и материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, могут также включать ограничения по температуре и/или давлению, свойства нейтронной инертности жидкости, выбранной для приводящего материала 12, химическую реакцию между жидкостями, выбранными для приводящего материала 12 и материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, и способность материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, модифицировать параметры поглощения нейтронов. В данном контексте несмешиваемые жидкости, такие как водные растворы, масло, органические растворы и жидкие металлы, могут быть выбраны при необходимости для конкретного применения.

В некоторых вариантах осуществления и теперь со ссылкой на фиг. 1А и 1C приводящий материал 12 может содержать твердый материал. В некоторых вариантах осуществления (как показано па фиг. 1А) твердый приводящий материал 12 и часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, размещаются в резервуаре 16. В некоторых из этих вариантов осуществления тепловое расширение или сжатие твердого приводящего материала 12 может непосредственно перемещать материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов. В некоторых из этих вариантов осуществления тепловое расширение или сжатие твердого приводящего материала 12 может изменять геометрию резервуара 16, следовательно, перемещая материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов. Все остальные подробности были описаны выше и не будут повторяться.

В некоторых других вариантах осуществления (как показано на фиг. 1C) в устройстве 10В пассивного управления реактивностью твердый приводящий материал 12 не предоставляется в резервуаре (но может быть предоставлен в резервуаре при необходимости). Часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, находится в физическом контакте с частью твердого приводящего материала 12, например, в трубопроводе 20В. В некоторых из этих вариантов осуществления тепловое расширение или сжатие твердого приводящего материала 12 может непосредственно перемещать материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов. Все остальные подробности устройства 10В подобны тем, что относятся к устройстве 10 (фиг. 1А), и не будут повторяться.

В вариантах осуществления, в которых приводящий материал 12 является твердым материалом, твердый материал может быть выбран при необходимости для конкретного применения. Например, критерии пригодности могут включать свойства теплового расширения, нейтронную инертность, коррозийные свойства, химическую инертность, восприимчивость к радиационному повреждению и тому подобное. В качестве не имеющих ограничительного характера примеров подходящие твердые материалы могут включать ферритную мартенситную сталь (такую как НТ9 и D9) и/или циркониевый сплав.

Ссылаясь теперь на фиг. 1А, 1В и 1C тепловой рабочий параметр ядерного реактора деления может иметь одну или несколько температур, таких как температура охладителя реактора, температура пара охладителя реактора и/или температура топлива. Тепловая энергия с устройств проводится в приводящий материал 12, следовательно, вызывая тепловое расширение или сжатие приводящего материала 12. Кроме того, косвенные измерения физической температуры и соответственно теплового рабочего параметра ядерного реактора деления включают поток нейтронов, поток бета-излучения, поток гамма-излучения и поток нейтрино. Эти параметры потока пропорциональны температуре физического материала в активной зоне (не показана) реактора или изменения в этих параметрах потока могут указывать на изменение теплового параметра.

Следует понимать, что параметр поглощения нейтронов, который модифицируется материалом 14, модифицирующим параметр поглощения нейтронов, включает среднее макроскопическое сечение поглощения реактора. Как известно, сечение поглощения первоначально устанавливается для каждого изотопа для заданного спектра активной зоны реактора. Использование среднего значения учитывает изменения физической величины материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, перемещающегося в и из активной зоны. Среднее макроскопическое сечение поглощения реактора соответственно является средним нейтронным сечением тепловыделяющей сборки, средним сечением материала управления, локальным средним сечением, средним сечением охладителя и тому подобным. Среднее макроскопическое сечение поглощения реактора является измерением сечения, которое включает плотность атомного числа. Другими словами, среднее макроскопическое сечение поглощения реактора может быть рассмотрено в качестве «локального» или «глобального» макроскопического сечения.

В некоторых вариантах осуществления материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, может включать поглотитель нейтронов. Любой поглотитель нейтронов может быть выбран при необходимости для конкретного применения. Лишь в качестве примера, а не ограничения, поглотитель нейтронов соответственно может включать одно любое или несколько из следующего: In, Li-6, Eu, Ag, Dy, B, Hf, Gd, Pm, Cd, Sm, их бинарных сочетаний и их эвтектических сочетаний. В некоторых вариантах осуществления поглотитель нейтронов соответственно может быть оставлен в жидкости-носителе. Подходящие жидкости-носители могут включать жидкости на водной основе, жидкие металлы и органические жидкости (и могут быть подвержены одному или нескольким ограничениям, описанным выше, если приводящий материал 12 является несмешиваемой жидкостью).

В некоторых вариантах осуществления, в которых материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, содержит поглотитель нейтронов, и теперь со ссылкой на фиг. 1А поглотитель нейтронов может содержать топливный материал для ядерного деления. Конструкция устройства 10 пассивного управления реактивностью аналогична вышеописанной. Однако в этих вариантах осуществления резервуар 16 соответственно размещается рядом с выбранной частью активной зоны (не показана) ядерного реактора деления, такой как активная область активной зоны ядерного реактора деления. Соответственно во время переходных помех по цепи питания, при которых питание в активной области активной зоны реактора увеличивается, отклик в их сторону со стороны приводящего материала 12 перемещает топливный материал для ядерного деления (который является материалом 14, модифицирующим параметр поглощения нейтронов) из активной области активной зоны реактора. В этих вариантах осуществления топливный материал для ядерного деления может включать один любой или несколько подходящих топливных материалов для ядерного деления, таких как без ограничения U, растворимый в Pb, U-Fe, U-Mn, Pu-Mn, U-Cr, Pu-Cr, эвтектика Pu-Fe и/или эвтектика Pu-Mg.

Ссылаясь теперь на фиг. 1А, 1В и 1C в некоторых вариантах осуществления параметр поглощения нейтронов, который модифицируется материалом 14, модифицирующим параметр поглощения нейтронов, включает спектр нейтронов. В таких вариантах осуществления материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, содержит замедлитель. Следует понимать, что локальное введение или извлечение замедлителя ослабляет или укрепляет спектр нейтронов и приводит к большей или меньшей скорости поглощений в любом из воспроизводящих материалов, продуктов деления и структур и соответственно снижает или увеличивает плотность нейтронов поблизости введенного замедлителя. Подходящие замедлители включают одно любое или несколько из следующего: Li-7, C, SiC, водородосодержащего материала, воды, аммиака, ацетона, гибрида металла, дейтерида металла, суспензии углерода в воде и суспензии SiC в воде.

Все еще ссылаясь на фиг. 1А, 1 В и 1C в некоторых вариантах осуществления влияние скорости может быть адаптировано с учетом конструкции реактора ядерного реактора, так что изменения реактивности, установленные устройствами, возникают быстрее или медленнее для заданного реактора. Эта цель может быть достигнута в некоторых вариантах осуществления путем помещения материалов с известными тепловыми сопротивлениями в различных местоположениях на или в устройстве для улучшения (или иного воздействия) теплопередачи на приводящий материал 12. В некоторых реакторах, которые имеют низкую тепловую инерцию, необходимым может являться осуществление более быстрой теплопередачи на устройства для препятствования быстрым изменениям температуры в активной зоне реактора. Противоположное действие может являться необходимым для реакторов с большим количеством тепловой инерции, таких как большие бассейновые ядерные реакторы деления.

В различных вариантах осуществления необходимым может являться передача тепловой энергии на устройства посредством проводимости, конвекции или теплопередачи излучением. В случае проводимости твердый материал с необходимыми свойствами теплопередачи может быть размещен для воздействия на скорость теплопередачи между тепловыделяющей областью активной зоны реактора и приводящим материалом 12. Тепловые жидкости могут быть также использованы для улучшения теплопередачи с тепловыделяющих областей на приводящий материал 12. Такой тепловой жидкостью может являться жидкий металл, такой как натрий, который может быть направлен посредством перепадов давления и физического канала (каналов) потока на устройства.

Теплопередача излучением может передавать тепловую энергию на приводящий материал 12, материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, и/или связанную структуру устройств. Гамма-излучение или нейтронное излучение, излучаемое из активной области ядерного реактора деления, может сохранять энергию внутри устройств без или в дополнение к проводимости или конвекции между активной областью активной зоны реактора и устройства. Материалы, такие как металлическая вата или пена, которые ослабляют такое излучение, могут быть размещены внутри устройств. Эти материалы затем могут поглотить энергию излучения и вызвать эффекты теплового расширения напрямую, например, посредством нагрева излучением приводящего материала 12 или материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, или косвенно, например, посредством нагрева излучением структуры устройства или резервуаров 16 и/или 18, которые затем передают тепло посредством конвекции или проводимости на приводящий материал 12 и/или материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов.

В некоторых вариантах осуществления материалы могут быть помещены внутри устройства, так что получается необходимое ослабление излучения. Например, вольфрамовая вата может быть помещена внутри приводящего материала 12 для ослабления гамма-излучения, следовательно, производя улучшенный гамма-нагрев внутри устройства и обеспечивая достижение быстрого отклика на увеличение мощности. Как известно, вольфрам имеет высокую плотность и небольшую удельную теплоемкость, а вольфрамовая вата с низкой плотностью имеет большое соотношение поверхности к объему. Соответственно небольшой объем вольфрама может привести к быстрой теплопередаче от нагретой ваты на приводящий материал 12. Более того, нагрев вольфрамовой ваты быстро осуществляется от гамма-нагрева; следовательно, общая задержка в отклике при нагреве является очень небольшой. Другие материалы могут быть использованы при необходимости для конкретного применения, такие как без ограничения: стекловата или керамическая вата; борированное стекло; и/или нити керамического материала, такого как карбид кремния. Поглотители нейтронов, такие как бор, могут быть также использованы для производства подобных эффектов. В некоторых случаях необходимым может являться использование материалов, практически прозрачных для излучения, (например, циркония или железа), так что отклик устройства в меньшей степени зависит от среды излучения и в большей степени зависит от среды проводящей и конвекционной теплопередачи. Исходя из этого в некоторых вариантах осуществления материал с большим атомным номером может быть распределен в приводящем материале 12. В этих случаях материал с большим атомным номером может включать один любой или несколько материалов, таких как вольфрамовая вата, Ta, Au, Ag, Re и/или Os.

Дополнительные варианты осуществления устройства пассивного управления реактивностью будут описаны для наглядности, а не ограничения. В варианте осуществления и теперь со ссылкой на фиг. 2А и в качестве общего представления описывается устройство 50 пассивного управления реактивностью. Устройство 50 может быть реализовано в ядерных реакторах деления, которые взаимодействуют с реактивной способностью пустот натриевого теплоносителя, таких как жидкометаллический быстрый реактор-размножитель с натриевым охлаждением и реактор бегущей волны с натриевым охлаждением.

Как известно, необходимо иметь отрицательный температурный коэффициент реактивности на всех рабочих температурах или даже ненормальных температурах (которые могут проявляться в аварийном состоянии). Также необходимо понимать, как коэффициенты реактивности изменяются с температурой. Самыми сильными нелинейными эффектами являются расширение натрия и эффект Доплера. Радиальное расширение также рассматривается в качестве нелинейного. Результатом этих эффектов является то, что при более высоких температурах температурный коэффициент реактивности становится более положительным. Эффект покидающего активную зону натрия предполагается в качестве линейного на единицу массы. Температурный коэффициент охладителя становится более положительным при более высоких температурах, поскольку каждый градус удаляет большую часть натрия, чем предыдущий градус. Общим эффектом является усиление приблизительно в 10% от рабочих температур до кипения.

Для наглядности, а не ограничения, варианты осуществления устройства 50 пассивного управления реактивностью содержат резервуар 56 и резервуар 58, который расположен на расстоянии от резервуара 56. Трубопровод 60 размещен между резервуаром 56 и резервуаром 58. Приводящий материал 12 размещается в резервуаре 56 и приводящий материал 12 реагирует на тепловой рабочий параметр ядерного реактора деления. Материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, размещается в резервуаре 56. Материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, отличается от приводящего материала 12. Часть материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, находится в физическом контакте с частью приводящего материала 12. Материал 14, модифицирующий параметр поглощения нейтронов, выполнен с возможностью перемещения посредством приводящего материала 12 между резервуаром 56 и резервуаром 58.

Устройство 50 может пассивно управлять реактивностью и/или усиливать отрицательный температурный коэффициент путем: a) перемещения материала 14, модифицирующего параметр поглощения нейтронов, в или из области с активной зоны с высокой реактивной способностью; b) перемещения замедлителя нейтронов в или из области активной зоны; и/или c) удаления топливного материала для ядерного деления из активной зоны.

Пояснительные подробности вариантов осуществления устройства 50 пассивного управления реактивностью теперь будут описаны для наглядности.

В некоторых вариантах осуществления резервуар 58 размещается в выбранной части активной зоны ядерного реактора деления, такой как активная область активной зоны реактора. Резервуар 58 размещается в а