Усовершенствованная нейтронная система

Усовершенствованная нейтронная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Если лист с данными заявки подан в дату подачи данной заявки, он включается в данное описание изобретения путем ссылки. Любые заявки, притязающие на приоритет по листу с данными заявки в соответствии с положениями Раздела 35, §§ 119, 120, 121 или 365(c), Кодекса законов США и все без исключения родительские, дедовские и прадедовские заявки на этих заявок на патент также включаются путем ссылки, включая любые притязания на приоритет, содержащиеся в этих заявках, и любой материал, включенный путем ссылки, при условии, что такой объект не является несовместимым с объектом данной заявки.

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0002] Настоящая заявка имеет отношение к дате приоритета и/или притязает на право установления даты приоритета по самой ранней действительной дате(ам) подачи указанной ниже заявки(ок) ("Приоритетные заявки"), если они имеются, перечисленных ниже (например, притязает на приоритет по самым ранним действительным датам приоритета для заявок, отличных от предварительных заявок на патент, или на право установления приоритета на основании Раздела 35 § 119(e) Кодекса законов США для предварительных заявок на патент для всех без исключения родительской, дедовской, прадедовской и т.п. заявок приоритетной заявки(ок)). Кроме того, настоящая заявка связана с "Родственными заявками", если таковые имеются, перечисленными ниже.

Приоритетные заявки:

[0003] Для соответствия не предусмотренным законодательством требованиям Ведомства по патентам и товарным знакам США, настоящая заявка притязает на право приоритета по предварительной заявке на патент США №61/629,430, на изобретение "ENHANCED NEUTRONICS SYSTEMS" с указанием Jesse R. Cheatham III, Robert С. Petroski, Nicholas W. Touran, Charles Whitmer как изобретателей, поданной 18 НОЯБРЯ 2011 года, которая была подана в течение двенадцати месяцев, предшествующих дате подачи настоящей заявки или является заявкой, по которой дано наименование изобретению совместно с рассматриваемой в данный момент заявкой с использованием права на приоритет по дате подачи заявки.

Родственные заявки:

[0004] Отсутствуют

[0005] Патентное ведомство по патентам и товарным знакам США (USPTO) опубликовало извещение о том, что для компьютерных программ USPTO требуется, чтобы заявители сообщили порядковый номер заявки и указали, какого рода заявка: продолжающая, частично продолжающая или же родовая заявка. Stephen G. Kunin, Benefit of Prior-Filed Application, USPTO Official Gazette March 18, 2003. The USPTO, к тому же, представило формы Листа данных заявки, которая позволяет осуществлять автоматическую загрузку библиографических данных, но которая требует идентификации каждой заявки как продолжающей, частично продолжающей или выделенной из родовой заявки. Субъектом права на настоящую заявку (ниже называемый "Заявитель") выше дана конкретная ссылка на заявку(и), по которой испрашивается приоритет, согласно нормам законодательства. Заявитель осознает, что законодательство является точно выраженным на определенном для него официальном языке и для притязания на приоритет по заявкам на патент США оно не требует ни указания порядкового номера заявки, ни какой-либо характеризации, такой как "продолжающая" или "частично продолжающая". Несмотря на вышеизложенное, Заявитель понимает, что компьютерные программы USPTO предъявляют определенные требования к вводу данных и, поэтому, Заявитель дал обозначение(я) связи между настоящей заявкой и ее родовой заявки как указано выше и в любых листах данных заявки, поданных в данной заявке, но прямо отмечает, что такое обозначение(ия) никоим образом не должно истолковываться как своего рода пояснение и/или допущение относительно того, содержит или нет настоящая заявка какой-либо новый объект в дополнение к объекту родовой заявки(ок).

[0006] Если приведенные выше перечни заявок расходятся с перечнями, представленными в Листах данных заявки, это объясняется намерением Заявителя заявить о праве на приоритет по каждой заявке, сведения о которой присутствуют в разделе "Приоритетные заявки" Листа данных заявки, и по каждой заявке, сведения о которой присутствуют в разделе "Приоритетные заявки" данной заявки.

[0007] Объект приоритетных заявок и родственных заявок и всех без исключения родительских, дедовских, прадедовских и т.п. Приоритетных заявок и Родственных заявок, включая любые притязания на приоритет, включен в данную заявку путем ссылки при условии, что такой объект не является несовместимым с ее объектом.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Настоящая заявка касается реакторов ядерного деления и систем, практических применений и устройств, связанных с ними.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Показательные варианты осуществления обеспечивают работу реакторов ядерного деления и интерфейсов взаимосвязи с ними, которые включают симуляцию. Показательные варианты осуществления и особенности изобретения включают, без ограничения, интерфейс моделирования ядерного реактора и систему моделирования, настроенную на симуляцию работы различных ядерных реакторов и модулей реакторов, включая модульные ядерные реакторы и модули реакторов, реакторы дефлаграционной волны ядерного деления и модули реакторов, модульные реакторы дефлаграционной волны ядерного деления и модули, способы управления ядерными реакторами и модулями, включая вышеупомянутые, способы симуляции эксплуатации ядерных реакторов и блоков, включая вышеупомянутые, и т.п.

[0010] Приведенное выше краткое изложение сущности изобретения служит исключительно в целях пояснения и никоим образом не имеет целью ограничить объем изобретения. В дополнение к упомянутым выше иллюстративным особенностям, вариантам осуществления и признакам изобретения, из следующего ниже подробного описания изобретения, которое ведется со ссылкой на прилагаемые чертежи, станут очевидны другие особенности, варианты осуществления и признаки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

[0011] Прилагаемые чертежи, которые включены в данный документ и являются составной часть описания, иллюстрируют, вместе с текстом описания, объект настоящего изобретения и, к тому же, служат для пояснения принципов заявляемого объекта и для того, чтобы специалист в области техники, к которой относится изобретение, мог изготовить и использовать заявляемый объект.

[0012] Фиг. 1A - показательный реактор ядерного деления схематическое изображение;

[0013] фиг. 1B - пояснительный модульный реактор ядерного деления с дефлаграционной волной, вид в перспективе, схематическое представление;

[0014] фиг. 1C - пример жидкостного охлаждения, схематическое изображение;

[0015] фиг. 2A и 2B - примеры тепловыделяющих сборок ядерного реактора, схематическое изображение;

[0016] фиг. 3 - пример несплошного топливного материала ядерного деления;

[0017] фиг. 4 - пример тепловыделяющей сборки модульного ядерного реактора, схематическое изображение;

[0018] фиг. 5A и 5B - примеры устройств, оказывающих влияние на нейтроны, схематическое изображение;

[0019] фиг. 6A и 6B - пример ядерного облучения и перемещения топливного материала, схематическое изображение;

[0020] фиг. 7A - 7C - пример регулирования температуры реактивности ядерного реактора, схематическое изображение;

[0021] фиг. 8A - 8C - примеры элементов и групп элементов, схематическое изображение;

[0022] фиг. 9 - пример кривой выхода продуктов деления;

[0023] фиг. 10 - пример системы управления реактором, схематическое изображение; и

[0024] фиг. 11-22 - блок-схемы последовательностей операций иллюстративных способов, связанных с имитационным моделированием и/или управлением ядерными реакторами;

[0025] фиг. 23 - система моделирования ядерного реактора, схематическое изображение;

[0026] фиг. 24A - структура класса примера интерфейса для моделирования, схематическое изображение;

[0027] фиг. 24B - пример структуры узла, схематическое изображение;

[0028] Фиг. 24C - пример структуры блока, схематическое изображение;

[0029] Фиг. 25 - пример файла с входными данными для моделирования;

[0030] Фиг. 26 - пример входного графического интерфейса пользователя;

[0031] Фиг. 27 - пример выходного графического интерфейса пользователя;

[0032] Фиг. 28 и 29 - примеры способов.

[0033] Ниже приведено описание раскрытых вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах схожими числовыми позициями могут быть обозначены идентичные или аналогичные элементы. К тому же в числовой позиции самая(ые) крайняя(ие) слева цифра(ы) может(гут) идентифицировать чертеж, на котором числовая позиция появляется впервые.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Введение

[0034] Приведенное ниже подробное описание изобретения ведется со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые являются его неотъемлемой частью. На чертежах в общем схожими позициями обозначены аналогичные элементы, если только в контексте не оговорено иное. Показательные варианты осуществления, рассматриваемые в подробном описании изобретении, чертежах и формуле изобретения, не носят ограничительного характера. Возможно использование других вариантов осуществления и могут быть внесены другие изменения в пределах сущности и объема представленного здесь предмета обсуждения.

[0035] Следует отметить, что для толкования формулы изобретения предназначен раздел "Подробное описание изобретения", а не разделы "Краткое изложение сущности изобретения" или "Реферат". Разделы "Краткое изложение сущности изобретения" и "Реферат" могут отражать один или несколько, но не все показательные варианты осуществления и, таким образом, никоим образом не имеют целью ограничить заявляемый объект изобретения и прилагаемую формулу изобретения.

[0036] Несмотря на то, что рассматриваются конкретные конфигурации и устройства, следует понимать, что это сделано лишь для пояснительных целей. Специалисту в данной области техники будет понятно, что могут использоваться другие конфигурации в пределах сущности и объема заявляемого объекта изобретения. Для специалиста в данной области техники будет очевидным, что заявляемый объект изобретения может использоваться в ряде других областей практического применения. Объем заявляемого объекта изобретения не ограничивается рассматриваемыми вариантами осуществления. Заявляемый объект изобретения определяется формулой изобретения, прилагаемой к данному документу.

[0037] Упоминания "один вариант осуществления", "вариант осуществления", "этот вариант осуществления", "показательный вариант осуществления" и т.д. указывают на то, что описываемый вариант осуществления может содержать конкретные признак, структуру или характеристику, но нет необходимости в том, чтобы конкретные признак, структуру или характеристику включал каждый вариант осуществления. Кроме того, такие выражения не обязательно должны относиться к одному и тому же варианту осуществления. К тому же, когда в связи с вариантом осуществления описывается конкретные признак, структура или характеристика, понятно, что специалист в данной области техники достаточно осведомлен для осуществления таких признака, структуры или характеристики применительно к другим вариантам осуществления вне зависимости от присутствия их описания в явной форме.

[0038] В некоторых частных случаях один или несколько компонентов могут здесь упоминаться как "настроенный на", "настраиваемый на", "действующий так, что", "адаптированный/адаптируемый", "способный", "согласуемый/согласованный с" и т.д. Специалистам в данной области техники понятно, что такие термины (например "настроенный на") в общем случае могут распространяться на компоненты в активном состоянии, и/или компоненты в неактивном состоянии, и/или компоненты в состоянии ненагруженного резерва, если только в контексте не требуется иное.

[0039] Специалисты в данной области техники осознают, что существующий уровень техники получил развитие до такой степени, когда осталось мало различия между реализациями особенностей систем на основе аппаратных средств, программных средств и/или программно-аппаратных средств; использование аппаратных средств, программных средств и/или программно-аппаратных средств в большинстве случаев (но не всегда, по той причине, что в некоторых контекстах выбор между аппаратными средствами и программными средствами может иметь важное значение) представляет собой компромиссное проектное решение, в котором выбрано оптимальное соотношение между стоимостью и эффективностью. Для специалистов в данной области техники очевидно, что существуют различные средства, с помощью которых могут быть реализованы процессы, и/или системы, и/или другие описанные здесь технологии (например аппаратные, программные и/или программно-аппаратные), и что то средство, которое является предпочтительным, будет изменяться в зависимости от контекста, в котором применяются процессы, и/или системы, и/или другие технологии. Например, если разработчик устанавливает, что наиболее важное значение имеют быстродействие и точность, разработчик может отдать предпочтение главным образом аппаратному и/или программно-аппаратному средству; в соответствии с другим вариантом, если наиболее важна гибкость, разработчик может отдать предпочтение главным образом программной реализации; или, в соответствии с еще одним вариантом, разработчик может отдать предпочтение сочетанию аппаратному, программному и/или программно-аппаратному средству. Следовательно, имеется несколько возможных сред, с помощью которых могут быть осуществлены процессы, и/или устройства, и/или другие технологии, описанные здесь, ни одна из которых в сущности не превосходит другую, так как любое средство, которое должно использоваться, является выбором, зависимым от контекста, в котором будет применяться средство, и конкретных проблем (например, быстродействия, гибкости или предсказуемости), требующих решения разработчиком, любые из которых могут изменяться. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что оптические аспекты реализаций, как правило, будут предполагать применение оптически ориентированного аппаратного, программного и/или программно-аппаратного средства.

[0040] В вышеприведенном подробном описании изобретения описаны различные модификации устройств и/или процессов, представленные посредством использования структурных блок-схем, блок-схем последовательностей операций и/или примеров. Поскольку такие структурные блок-схемы, блок-схемы последовательностей операций и/или примеры содержат одну или несколько функций и/или операций, специалистам в данной области техники будет понятно, что каждая функция и/или операция в таких структурных блок-схемах, блок-схемах последовательностей операций или примерах может быть реализована, в отдельности и/или совместно, с помощью разнообразных аппаратных, программных, программно-аппаратных средств или фактически любой их комбинации. В варианте осуществления несколько частей описываемого здесь объекта изобретения может быть реализовано с помощью специализированных интегральных схем (СИС), программируемых логических матриц типа FPGA (ПЛМ типа FPGA), процессоров цифровых сигналов (ПЦС) или других интегральных структур. Однако для специалистов в данной области техники будет понятно, что некоторые аспекты раскрытых здесь вариантов осуществления, полностью или частично, могут быть также точно реализованы на интегральных схемах, когда одна или несколько компьютерных программ выполняются на одном или нескольких компьютерах (например, когда одна или несколько программ выполняются на одной или более компьютерных системах), когда одна или несколько программ выполняются на одном или нескольких процессорах (например, одна или несколько программ выполняются на одном или нескольких микропроцессорах) как программно-аппаратные средства или как практически любая их комбинация, и что знаний специалиста в области техники будет достаточно для того, чтобы спроектировать схемы и/или записать код для программных средств и/или программно-аппаратных средств. Кроме того, для специалистов в данной области техники должно быть понятно, что описываемые здесь механизмы объекта изобретения способны распределяться как программный продукт в различных формах и что пояснительный вариант осуществления объекта изобретения, описываемый здесь, применяется независимо от конкретного типа передающей сигналы среды, используемой для того, чтобы фактически осуществить распределение. Примерами передающей сигналы среды могут служить без ограничений следующие среды: среда для записи информации, такая как гибкий диск, накопитель на жестком диске, компакт-диск (CD), цифровой видеодиск (DVD), лента для цифровой записи, машинная память и т.д.; и среда передающего типа, такая как цифровая и/или аналоговая среда передачи данных (например, волоконно-оптический кабель, волновод, проводная линия связи, беспроводная линия связи (например, передатчик, приемник, передающие логические схемы, приемные логические схемы и т.д.)).

[0041] В показательных вариантах осуществления в краткой форме рассматриваются реакторы ядерного деления, а также устройства и способы для их эксплуатации и симуляции. Показательные варианты осуществления и особенности включают, без ограничения, реакторы ядерного деления и модули реакторов, включая модульные реакторы ядерного деления и модули реакторов, реакторы дефлаграционной волны ядерного деления и блоки реакторов, модульные реакторы дефлаграционной волны ядерного деления и блоки реакторов, способы эксплуатации ядерных реактором и модулей, включая вышеупомянутые, способы симуляции работающих ядерных реакторов и модулей, включая вышеупомянутые, и т.п.

[0042] Еще в краткой форме и со ссылкой на фиг. 1A будет рассмотрен, в целях пояснения, а не ограничения объема пояснительный реактор 10 ядерного деления. Реактор 10 ядерного деления может представлять собой, в частности, без ограничения реактор дефлаграционной волны ядерного деления. Реактор 10 соответствующим образом содержит ядро 100 ядерного реактора, расположенное внутри корпуса 12 реактора, и систему поддачи охладителя реактора, содержащую одну или несколько охлаждающих петель 14 реактора.

[0043] Реактор может представлять собой модульную конструкцию, содержащую один или несколько модулей (см., например, показательный модульный реактор 50, изображенный на фиг. 1B). Каждый модуль 12 реактора может быть функционально связан сообщением по текучей среде через систему 56 подачи охладителя реактора по меньшей мере с одним радиатором 58. Таким образом, каждый в отдельности из модулей ядерного реактора можно считать полной, автономной системой ядерного реактора. Модуль ядерного реактора может быть связан нейтронной связью с по меньшей мере одним другим соседним модулем реактора. Таким образом, соседние модули ядерного реактора могут быть интегрированы через нейтронную связь и все же физически отделены друг от друга.

[0044] Для того чтобы можно было понять, как осуществляется управление и симуляция реакторов, таких как реактор 10 и реактор 50, сначала будет описана на примерах, не носящих ограничительный характер, иллюстративная нуклеоника ядра. Хотя предполагается, что вариантов осуществления реактора много, рассматривается несколько примеров этих реакторов, не носящих ограничительный характер, в заявке на патент США №12/069,907, озаглавленной "MODULAR NUCLEAR FISSION REACTOR", в которой в качестве изобретателей названы AHLFELD, CHARLES Ε., GILLELAND, JOHN ROGERS, HYDE, RODERICK Α., ISHIKAWA, MURIEL Y., MCALEES, DAVID G., MYHRVOLD, NATHAN P., WHITMER, CHARLES и WOOD, LOWELL L., поданной 12 февраля 2008 г., заявке на патент США №11/605,943, озаглавленной "AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTOR FOR LONG-TERM OPERATION", в которой в качестве изобретателей названы RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD, AND LOWELL L. WOOD, JR., поданной 28 ноября 2006 г., заявке на патент США №11/605,848, озаглавленной "METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING FUEL IN A NUCLEAR REACTOR", в которой в качестве изобретателей названы RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD, AND LOWELL L. WOOD, JR., поданной 28 ноября 2006 г., и в заявке на патент США №11/605,933, озаглавленной "CONTROLLABLE LONG TERM OPERATION OF A NUCLEAR REACTOR", в которой в качестве изобретателей названы RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD, AND LOWELL L. WOOD, JR., поданной 28 ноября 2006 г., содержание которых полностью включено посредством ссылки в данную заявку. Далее излагаются подробности, касающиеся нескольких показательных вариантов осуществления и особенностей реакторов.

Соображения, которые должны быть приняты во внимание

[0045] Перед тем, как приступить к рассмотрению особенностей реакторов, таких как реактор 10 и реактор 50, будут изложены некоторые соображения в отношении вариантов осуществления реакторов путем краткого описания, которые не должны толковаться как ограничения. Некоторые варианты осуществления реакторов удовлетворяют многим из соображений, рассмотренных ниже. С другой стороны, некоторые другие варианты осуществления реакторов могут удовлетворять одной или отдельным нескольким из этих соображений и не требуют приведению в соответствие со всеми из соображений, описанных ниже.

[0046] Некоторые из топлив ядерного деления, предназначенных для использования в вариантах осуществления реакторов, как правило, широко доступны, например без ограничения уран (природный, обедненный или обогащенный), торий, плутоний или даже ранее выгоревшие тепловыделяющие сборки ядерного деления. В вариантах осуществления реакторов могут использоваться другие, менее широко доступные топлива ядерного деления, такие как без ограничения другие актинидные элементы или их изотопы. Хотя некоторые варианты осуществления реакторов рассчитаны на долгосрочную работу при полной мощности, или неполной мощности, порядка примерно от ⅓ столетия до примерно ½ столетия или дольше, особенность некоторых вариантов осуществления реакторов не предполагает перегрузку топлива ядерного деления. Однако другие варианты осуществления реакторов предполагают возможность перегрузки топлива ядерного деления. В некоторых случаях варианты осуществления могут предполагать захоронение на месте и конец срока службы. Перегрузка топлива ядерного деления может иметь место во время периодов простоя и/или работы на мощности. Предполагается также, что в некоторых случаях можно избежать переработки отработавшего топлива ядерного деления, что уменьшает возможности перепрофилирования на использование для военных целей и другие проблемы.

[0047] В некоторых вариантах осуществления реакторы могут располагаться под землей, при этом от них могут исходить большие резкие и небольшие устойчивые выбросы радиоактивных веществ в биосферу. Для некоторых вариантов осуществления может требоваться минимизация управления со стороны оператора, при этом степень автоматизации этих вариантов осуществления максимально достижимая. Некоторые варианты осуществления проектируются с ориентацией на срок службы, когда они могут работать от момента запуска до останова в конце срока службы. В некоторых разработках с ориентацией на срок службы варианты осуществления реакторов могут работать по существу полностью автоматически. Некоторые варианты осуществления допускают возможность их реализации в модульном исполнении. И наконец, некоторые варианты осуществления могут быть спроектированы в расчете на высокую плотность энерговыделения или выбираемые значения плотности энерговыделения, соответствующие различным проектным соображениям, таким как соображения, включающие критерии выгорания, потребляемую мощность, нейтронный поток и другие параметры.

[0048] Во время работы материалы (например, химические элементы и изотопы химических элементов) в реакторе, особенно в области ядра реактора, с течением времени испытывают изменения. Например, атомы топлива ядерного деления распадаются на продукты деления. Атомы топлива, конструкционные материалы, материалы, поглощающие нейтроны (отравляющие продукты деления или поглощающие нейтроны материалы, специально введенные в реактор), и другие могут поглощать нейтроны и становиться изотопами или химическими элементами. Эти изменения могут быть обусловлены выбранным проектным решением и управлением реактором как в течение короткого срока, так и в течение длительного срока. Возможность перемещения материалов по всему ядру может способствовать увеличению эффективного срока службы реактора.

[0049] Некоторые особенности различных вариантов осуществления реакторов проистекают из некоторых из вышеупомянутых соображений. Например, желание обеспечить работу в течение ⅓-½ столетия (или в течение более длительного периода) при полной мощности без останова для перегрузки топлива ядерного деления и вместе с тем избежать необходимости переработки топлива ядерного деления может вынуждать использовать спектр быстрых нейтронов. В качестве другого примера, в некоторых вариантах изобретения реактор выполняется с отрицательным температурным коэффициентом (αT) реактивности, как, например, за счет отрицательной обратной связи по локальной реактивности, реализованной с помощью сильных поглотителей нейтронов или посредством других подходов к регулированию реактивности. Как альтернативное решение или в дополнение, некоторые варианты осуществления настроены таким образом, чтобы осуществлялось управление процессом деления, полностью или частично, путем обеспечения спектрального сдвига в нейтронном потоке с использованием спектральных способов управления, таких как смещение и/или введение на некоторый период времени регулятора нейтронов. Еще в одном примере, в некоторых модульных вариантах осуществления с дефлаграционной волной, с помощью распределенного термостата обеспечивается возможность существования режима распространяющейся дефлаграционной волны ядерного деления. Этот режим одновременно обеспечивает возможность достижения высокого среднего значения выгорания необогащенных актинидных топлив, таких как природные уран или торий, и использования сравнительно небольшой области "запальника ядерного деления" умеренного изотопного обогащения расщепляющихся ядерных материалов в заряде топлива ядра реактора. Как другой пример, в некоторых вариантах осуществления, в первом и втором контурах охлаждении ядра предусмотрено многократное дублирование.

Показательные варианты осуществления реакторов ядерного деления

[0050] Теперь, когда изложены некоторые из соображений, которые необходимо принимать во внимание, в отношении некоторых из вариантов осуществления реакторов, будет более подробно рассмотрен показательный вариант осуществления реакторов ядерного деления. Эта информация приводится для того, чтобы лучше понять соображения, принимаемые во внимание при моделировании и симуляции работы ядерного реактора. Следует отметить, что следующее ниже описание показательных вариантов осуществления ядерного реактора приведено лишь как примеры, не носящие ограничительный характер, а не как ограничение. Как упомянуто выше, имеется в виду несколько вариантов осуществления ядерных реакторов и их симуляция, а также дополнительные особенности реактора 10. После рассмотрения особенностей, касающихся показательного варианта осуществления реактора 10, будут также рассмотрены другие варианты осуществления и особенности.

[0051] Из фиг. 1A также видно, что реактор 10 в показательном варианте осуществления содержит ядро в сборе 100 реактора, которая расположена внутри корпуса 12 реактора высокого давления. Предполагается несколько вариантов осуществления и особенностей ядра в сборе 100 реактора, которые будут рассмотрены ниже. Некоторые из особенностей, которые подробно рассматриваются ниже, включают: топливные материалы ядерного деления и соответствующую им нуклеонику, тепловыделяющие сборки, геометрии тепловыделяющих сборок и эксплуатацию и симуляцию ядра в сборе 100 реактора в полной системе реактора.

[0052] Корпус 12 реактора высокого давления соответственно представляет собой любой подходящий корпус высокого давления, известный в данной области техники, и может быть изготовлен из материалов любого подходящего вида, допустимых для использования в корпусах реакторов высокого давления, таких как, например, без ограничения нержавеющая сталь. Внутри корпуса 12 реактора высокого давления ядро в сборе 100 реактора окружают отражатель нейтронов (не показан) и противорадиационный защитный экран (не показан). В некоторых вариантах осуществления корпус 12 реактора высокого давления размещен под землей. В таких случаях корпус 12 реактора высокого давления может также служить для ядра в сборе 100 реактора могильным контейнером. В этих вариантах осуществления корпус 12 реактора высокого давления соответственно окружен областью (не показана) изоляционного материала, такого как сухой песок, для долговременного изолирования от окружающей среды. Размер области (не показана) изоляционного материала может составлять примерно 100 метров в диаметре или около этого. Однако в других вариантах осуществления корпус 12 реактора высокого давления располагается на или около поверхности земли.

[0053] Охлаждающие петли 14 реактора передают тепло, образующееся в результате ядерного деления в ядре в сборе 100 реактора, применяемым теплообменникам 16. Теплоноситель ядерного реактора может быть выбран таким, какой нужен для конкретного практического применения. В некоторых вариантах осуществления охладителем реактора соответственно является газообразный гелий (He). В других вариантах осуществления охладителем реактора соответственно могут быть другие находящиеся под давлением инертные газы, такие как неон, аргон, криптон, ксенон или другие текучие среды, такие как вода или газообразный или сверхжидкий диоксид углерода, или жидкие металлы, такие как натрий или свинец, или сплавы металлов, такие как Pb-Bi, или органические охладители, такие как полифенилы или фторуглероды. Охлаждающие петли реактора соответственно могут быть изготовлены по желанию из тантала (Ta), вольфрама (W), алюминия (Al), стали или других железных или цветных сплавов, или сплавов на основе титана или циркония, или из других металлов и сплавов, или из других конструкционных материалов или композиционных материалов.

[0054] В некоторых вариантах осуществления применяемыми теплообменниками 16 могут быть парогенераторы, генерирующие пар, который служит главным движителем для вращающегося оборудования, такого как электрические турбогенераторы 18 в электростанции 20. В таком случае ядро в сборе 100 реактора соответственно работает при высоких рабочих давлении и температуре, таких как примерно выше 1000K, и паром, генерируемым в парогенераторе, может быть перегретый пар. В других вариантах осуществления применяемый теплообменник 16 может представлять собой любой парогенератор, генерирующий пар при более низких давлениях и температурах (то есть не обязательно перегретый пар), и ядро в сборе 100 реактора работает при температурах ниже приблизительно 550K. В этих случаях применяемые теплообменники 16 могут обеспечивать необходимое для технологических процессов тепло для таких областей применения, как установки для опреснения морской воды или для переработки биомассы посредством дистилляции в этанол и т.д.

[0055] Необязательные насосы 22 подачи охладителя реактора, осуществляют циркуляцию теплоносителя через ядро в сборе 100 ядерного реактора и применяемые теплообменники 16. Следует отметить, что хотя в иллюстративном варианте осуществления показаны насосы и циркуляция, обеспечиваемая за счет сил гравитации, другие подходы могут не предусматривать использование насосов или циркуляционных устройств или иметь подобные геометрические ограничения. Насосы 22 подачи охладителя реактора соответственно могут быть предусмотрены тогда, когда ядро в сборе 100 реактора расположено приблизительно вертикально в одной плоскости с применяемыми теплообменниками 16, в результате чего тепловой движущий напор не образуется. Насосы 22 подачи охладителя реактора тоже могут быть предусмотрены в том случае, когда ядро в сборе 100 реактора находится под землей. Однако в случае, когда ядро в сборе 100 реактора находится под землей или любым образом размешено так, что ядро в сборе 100 реактора расположено ниже применяемых теплообменников 16 с промежутком в вертикальной плоскости, тепловой движущий напор может создаваться между охладителем реактора, выходящим из корпуса 12 реактора высокого давления, и охладителем реактора, выходящим из применяемых теплообменников 16, при более низкой температуре, чем теплоноситель ядерного реактора, выходящий из корпуса 12 реактора высокого давления. Когда существует достаточная величина теплового движущего напора, нет необходимости во введении насосов 22 подачи охладителя реактора для обеспечения достаточной циркуляции охладителя реактора через ядро в сборе 100 реактора для отведения тепла, выделяемого в результате ядерного деления во время работы на мощности.

[0056] В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено наличие более чем одной охлаждающей петли 14 реактора, что обеспечивает дублирование в случае возникновения аварийной ситуации, такой как авария с потерей теплоносителя, авария с потерей охладителя, авария с потерей потока, течь из первого во второй контур и т.п., с любой из других охлаждающих петель 14 реактора. Каждая охлаждающая петля 14 реактора может быть рассчитана на работу при полной мощности, хотя в некоторых областях применения это ограничение может отсутствовать.

[0057] В некоторых вариантах осуществления в линиях охлаждающей системы 14 подачи охладителя реактора введены запорные элементы 24, такие как отсечные клапаны для охладителя реактора. В каждой охлаждающей петле 14 реактора запорный элемент 24 может быть введен в линии выпуска из корпуса 12 реактора высокого давления и в возвратной линии, идущей от выпуска применяемого теплообменника 16 к корпусу 12 реактора высокого давления. Запорные элементы 24 могут представлять собой быстродействующие запорные элементы, которые быстро устанавливаются в закрытое положение при возникновении аварийной ситуации, как, например, при выявлении в охладителе реактора значительного содержания продуктов ядерного деления. Запорные элементы 24 могут быть введены в дополнение к дублирующей системе автоматически срабатывающих клапанов (не показаны).

[0058] Для отвода тепла, оставшегося после окончания срока службы (остаточных тепловыделений), введены один или несколько теплообменников 26 сбросного типа. Теплообменник 26 сбросного типа содержит петлю первого контура, настроенную на циркуляцию через ядро в сборе 100 реактора охладителя, с помощью которого осуществляется отвод остаточных тепловыделений. Теплообменник 26 сбросного типа содержит петлю второго контура, подсоединенную к инженерно-технической сети тепловых труб для сброса тепла (не показана). В некоторых ситуациях, например для целей дублирования, может быть введен более чем один теплообменник 26 сбросного типа. Теплообменник 26 сбросного типа может быть расположен над ядром в сборе 100 реактора на удалении от него в вертикальном направлении, чтобы создать достаточный по величине тепловой движущий напор для обеспечения возможности свободного стекания охладителя отвода остаточных тепловыделений без необходимости в наличии насосов откачки охладителя для отвода остаточных тепло выделений. Однако в некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено наличие насосов откачки охладителя для отвода тепловыделений (не показаны). Для отвода остаточных тепловыделений могут использоваться, когда это целесообразно, насосы подачи охладителя реактора ядерного реактора.

[0059] Теперь, когда приведен показательный вариант осуществления реактора 10, будут рассматриваться другие варианты осуществления и особенности. Сначала рассмотрим варианты осуществления и особенности ядра в сборе 100 реактора. В первую очередь ниже дается краткое описание ядра в сборе 100 реактора и его нуклеоники, после чего описываются показательные варианты осуществления и другие особенности ядра в сборе 100 реактора. Эта информация опять-таки способствует лучшему пониманию и дает возможность лучше понять соображения, которые принимались во внимание при моделировании или симуляции работы ядерного реактора.

[0060] Конструктивные компоненты ядра в сборе 100 реактора, краткое описание которых в общих чертах приведено ниже, могут быть изготовлены из тантала (Ta), вольфрама (W), рения (Re), раз