本申请要求题为“neutronreflectorassemblyfordynamicspectrumshifting”并且于2016年5月5日提交的美国临时专利申请第62/337,235号和题为“moltenchloridefastreactorandfuel”并且于2015年9月30日提交的美国临时专利申请第62/234,889号的优先权的权益，上述两个临时专利申请它们公开或教导的全部通过引用被特定地并入。
本发明总体上涉及核反应堆中的中子能谱迁移。
背景
被称为“增殖和燃烧”快反应堆的快核反应堆的特定分类包括能够产生比其消耗的更易裂变的核燃料的核反应堆。即，中子的有效利用(neutroneconomy)是足够高的，相比于其在裂变反应中燃烧的而言，其从增殖性核反应堆燃料(例如，铀-238)增殖更多的裂变核燃料(例如，钚-239)。原则上，增殖和燃烧反应堆可以接近增殖性材料的100％的能源提取率。为了开始增殖过程，必须首先给增殖和燃烧反应堆供应一定量的裂变燃料，诸如富集铀。此后，增殖和燃烧反应堆可能能够在不需要再加燃料的情况下和在没有常规核反应堆所伴随的扩散风险的情况下，在几十年的时间跨度内维持能源生产。
一种类型的增殖和燃烧反应堆是熔盐反应堆(msr)。熔盐反应堆是一类快能谱核裂变反应堆，其中燃料是包含混合或溶解的核燃料，诸如铀或其他可裂变元素的熔盐流体。在msr系统中，由燃料盐所提供的未慢化的快中子能谱使用铀-钚燃料循环使良好的增殖性能(breedperformance)成为可能。与主导增殖来自增殖性燃料的裂变燃料的快能谱中子相比，热中子主导着裂变燃料的裂变反应。由热中子与核素的碰撞产生的裂变反应可以在裂变反应中消耗裂变燃料，释放快能谱中子、γ射线、大量热能并且排出裂变产物，诸如较小的核元素。消耗核燃料被称为燃耗或燃料利用。较高燃耗典型地减少核裂变反应终止之后剩余的核废物的量。快中子能谱还减轻裂变产物中毒，以提供卓越的性能，而没有在线再处理和伴随的增殖风险。增殖和燃烧msr的设计和操作参数(例如，紧凑的设计、低压、高温、高功率密度)由此提供向零碳能源(zerocarbonenergy)的有成本效益的、全球可推广的(globally-scalable)方案的可能。
概述
在msr系统的运行期间，熔融燃料盐交换可以通过改变循环熔融燃料盐的成分来允许将反应堆堆芯中的反应性和增殖控制在期望的操作范围内的一些控制。在一些实施方式中，反应堆堆芯全部或部分地被封闭在包含中子反射体材料的中子反射体组件中。所公开的动态中子反射体组件允许通过调整中子反射体组件的反射率特性以管理反应堆堆芯中的中子能谱来对反应性和增殖速率进行额外的动态和/或增量控制。这种控制管理反应堆堆芯中的反应性和增殖速率。动态中子反射体组件中的材料的成分可以通过选择性地插入或移除中子能谱影响材料，诸如中子反射体、慢化体或吸收体来改变，以动态地管理动态中子反射体组件的中子能谱影响特性(“反射率特性”)。可选地，可以通过改变动态中子反射体组件中的材料的温度、密度或体积来调整这些反射率特性。在一些实施方式中，动态中子反射体组件可以包括与燃料(例如，熔融燃料盐)热接触的流动的中子反射体材料。流动的中子反射体材料可以是任何适当的形式，包括但不限于如铅铋的流体、悬浮颗粒的浆液、诸如粉末的固体和/或诸如碳砾的砾。动态中子反射体组件可以选择性地使一种或更多种中子吸收材料循环或流动通过该组件，使得可以选择性地添加反射体材料或从中移除反射体材料。在其他实施方式中，流动的中子反射体材料能够经由一级或二级冷却剂回路在热交换器中从熔融燃料盐提取热量。
提供发明概述来以简化形式引入在以下详细描述中将进一步描述的概念选择。该概述不旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦不旨在用于限定要求保护的主题的范围。其他实施方式也在本文中被描述和叙述。
附图详述
图1描绘了熔融燃料盐快反应堆系统上的示例中子反射体组件的示意图。
图2描绘了在一个或更多个示例动态中子反射体组件对其他中子反射体组件配置的快能谱熔盐反应堆中的反射率对时间的曲线图。
图3描绘了包围熔融核燃料盐快反应堆的示例分段中子反射体组件的示意图。
图4示出了具有配备有溢流箱的中子反射体组件的示例熔盐燃料核反应堆。
图5描绘了具有多个套管的示例中子反射体组件的俯视示意图。
图6描绘了具有包括中子慢化构件的多个套管的示例中子反射体组件的俯视示意图。
图7描绘了由与热交换器热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
图8描绘了由与包括中子慢化构件的热交换器热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
图9描绘了由与包括中子吸收构件和体积移置构件的热交换器热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
图10描绘了由通过管壳式热交换器与熔融核燃料盐热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的侧面示意图。
图11描绘了由通过管壳式热交换器与熔融核燃料盐热连通的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
图12描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的示例方法的流程图。
图13描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。
图14描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。
图15描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。
图16描绘了在熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的另一个示例方法的流程图。
图17描绘了具有多个套管和静态中子反射体子组件的示例中子反射体组件的俯视示意图。
图18描绘了由包括内环形通道和外环形通道并且还包括体积移置构件的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
图19描绘了由包括内部环形通道和外部环形通道的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
图20描绘了由包括内环形通道和外环形通道的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图，其中内环形通道包含一定体积的熔融燃料盐。
图21是由包括含有变化半径值的管的环形通道的中子反射体组件所包围的示例熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。
详细描述
图1是示例熔盐反应堆(msr)系统100的示意图，该系统100能够利用燃料进料口102和燃料出口104进行开放的增殖和燃烧燃料循环。燃料出口104使来自反应堆容器107的熔融燃料盐108通过一级冷却剂环路流动到外部热交换器(未示出)，该外部热交换器提取热量(例如用于蒸汽涡轮机中)并且冷却熔融燃料盐108用于经由燃料进料口102返回到反应堆容器107。熔融燃料盐108通过熔融燃料盐输入口111流入反应堆容器107中并且通过熔融燃料盐输出口113流出反应堆容器107。
反应堆堆芯区段106由反应堆容器107所封闭，该反应堆堆芯区段106可以由适合用于熔盐核反应堆中的任何材料形成。例如，反应堆堆芯区段106的本体部分(bulkportion)可以由一种或更多种钼合金、一种或更多种锆合金(例如，锆锡合金(zircaloy))、一种或更多种铌合金、一种或更多种镍合金(例如，哈斯特洛伊镍基耐蚀耐热合金n(hastelloyn))或高温钢和其他相似的材料形成。反应堆堆芯区段106的内表面109可以涂覆有、镀覆有或内衬有一种或更多种另外的材料以便提供对腐蚀和/或辐射损伤的抗性。
反应堆堆芯区段106被设计成保持熔融燃料盐108的流动，其中这种流动由如在图1中的空心尖端细箭头表示。在一个实施方式中，当沿着垂直轴或z轴切割时，封闭反应堆堆芯区段106的反应堆容器107可以具有圆形横截面(即，在xy平面中产生圆形横截面)，然而预期其他横截面形状(包括而不限于椭圆形横截面和多边形横截面)。
作为反应堆启动操作的一部分，msr系统100加载有初始熔融燃料的富集燃料填料(charge)，诸如铀-233、铀-235或钚-239。在一个实施方式中，铀-235与载体盐(例如，nacl，naf等)一起以ucl4、ucl3和/或uf6的形式用作启动燃料。在一个示例中，初始的熔融燃料混合物包含12.5w％的富集铀，然而可以采用其它成分。初始熔融燃料循环通过msr系统100的反应堆堆芯区段106，由富集铀的热中子的临界性或反应性点火。在操作期间，在一种方法中，可以通过增殖和燃烧过程以及通过以不同成分和量提取和补充熔融燃料盐来增强初始熔融燃料，以管理反应堆堆芯区段106中的反应性。
中子反射体组件110被设置在反应堆堆芯区段106的外部或外部附近，使得中子反射体组件110包围反应堆堆芯区段106内的核裂变区域的至少一部分。如下面更详细说明的，中子反射体组件110可以被设计成单个连续件或者可以由多个分段反射体组成。中子反射体组件110可以由适合于中子反射、中子慢化和/或中子吸收的任何材料形成和/或包括适合于中子反射、中子慢化和/或中子吸收的任何材料，例如，诸如锆、钢、铁、石墨、铍、碳化钨、铅、铅-铋等中的一种或更多种。
除了其它特性之外，根据动态增量式可调整的反射率特性，中子反射体组件110适合于将从反应堆堆芯区段106发出的中子反射回到熔融燃料盐108中。一种动态增量式可调整的反射特性是中子反射，即中子在它们与反射体核碰撞时的弹性散射。碰撞的中子以与它们利用其到达的能量大致相同的能量但是在不同的方向上散射。以这种方式，高百分比的快能谱中子能够被反射回到反应堆堆芯区段106中作为快能谱中子，其中它们能够与增殖性核材料碰撞以增殖新的裂变核材料。因此，中子反射体组件110中的中子反射体材料可以增强增殖和燃烧快反应堆的增殖操作。
另外地或者可选地，另一种动态可调整的反射特性是中子慢化，即中子在它们与慢化体核相碰撞时的非弹性散射。碰撞的中子以比它们利用其到达的能量低的能量散射(例如，快能谱中子作为热能谱中子散射)并且具有不同的方向。以这种方式，高百分比的快能谱中子能够作为热中子被反射回到反应堆堆芯区段106中，其中它们能够与裂变核材料相碰撞并且导致裂变反应。因此，中子反射体组件110中的中子慢化体材料能够增强增殖和燃烧快反应堆的燃耗操作。
另外地或者可选地，另一种动态可调整的反射特性是中子吸收，也被称为中子俘获：核反应，其中原子核与一个或更多个中子碰撞并且合并形成较重的核。所吸收的中子是没有被散射的，除非在稍后的时间被释放，否则保持经合并的核的一部分，诸如β粒子的一部分。中子吸收提供零反射或最小反射的反射率特性。以这种方式，可以防止从反应堆堆芯发出的快中子和热中子散射回到反应堆堆芯区段106中以与裂变材料或增殖性材料相碰撞。因此，中子反射体组件110中的中子吸收材料可以减少增殖和燃烧快反应堆的增殖操作和燃烧操作。
对中子反射组件110的中子反射率特性的动态控制允许在反应堆堆芯区段106中选择期望的反应性水平。例如，熔融燃料盐108需要最低水平的热中子接触以在反应堆堆芯区段106中保持临界。可以调整动态中子反射体组件110以提供用于保持或有助于在反应堆堆芯区段106内的熔融燃料盐108中的临界性的反射率特性。作为另一个示例，可能期望以全功率操作msr系统100，这将促使反应堆堆芯区段106中的中子的热化增加以增加裂变速率。动态中子反射体组件110的反射率特性因此可以增加以提供更多的慢化，直到已经达到表示反应堆堆芯区段106的全功率的期望反应性水平。
相比之下，由于msr系统100是增殖和燃烧反应堆，故可以期望在反应堆的生命周期上的各个点处动态地控制增殖速率。例如，在反应堆的生命周期中的早期，可以期望高增殖速率以增加反应堆堆芯区段106中的裂变材料的可用性。因此可以调整动态中子反射体110的反射率特性，以提供快中子到反应堆堆芯区段106中的增加的反射，以将更多的增殖性材料增殖成裂变燃料。随着更多快中子随时间推移而被反射到反应堆堆芯区段106中，快中子可以将增殖性材料增殖成裂变材料，直到已达到期望的裂变材料的浓度。在反应堆的生命周期中的后期，可以期望增加燃耗以通过增加的燃耗来提供增加的功率。因此可以调整动态中子反射体组件110的反射率特性以增加快中子到热中子的慢化，以保持期望的燃烧速率。
以这种方式，通过调整动态中子反射体组件110的反射率特性，可以随时间推移精确地控制堆芯反应性和增殖与燃烧的比率。例如，msr系统100的操作员可能希望随时间保持高且一致的燃烧分布。在一些实施方式中，期望的燃烧分布是在延长的时间段内，诸如几年或几十年内保持接近msr系统100的最大燃烧速率的燃烧分布。可以在延长的时间段内以各种时间间隔选择动态中子反射体组件110的反射率特性，以获得这样的燃烧分布。如在上述示例中，在msr系统100的生命周期中的早期，可以选择反射率特性以将更多的快中子反射到反应堆堆芯区段106中，以将增殖性材料增殖成裂变材料，直到已达到期望的裂变材料的浓度。可以再次调整反射率特性用于增加适合于裂变材料的浓度的热化。随着时间的推移，当裂变材料燃烧时，动态中子反射体组件110的反射率特性可以被再次调整，以通过减少慢化和/或增加快中子反射来通过快中子反射引入更多的增殖。这些调整可以继续，使得msr系统100的燃烧分布保持高，并且增殖性材料以足以在延长的时间内向msr系统100供应燃料的速率而被增殖成裂变材料。
图2是具有一个或更多个动态反射体组件的快能谱msr对具有静态中子影响特性的两个其他组件配置的反应性对时间的曲线图200。曲线202示出了具有包围反应堆堆芯的静态铅中子反射体组件的快能谱msr反应堆随时间推移的反应性，其中铅中子反射体组件倾向于将快中子弹性地散射到反应堆堆芯中。在时间t0之后，当反应堆利用初始燃料填料启动时，由于快中子反射至反应堆堆芯中，增殖性燃料的增殖可能迅速发生。在t1之后，曲线202上的反应性随着时间推移而逐渐增加，因为增殖增加了可用的裂变材料进行燃烧的量，在时间t4附近达到最大值。因为先前存在于反应堆堆芯中的增殖性燃料将被转化为裂变材料或由于中子与裂变的产物的竞争加剧而裂变，故随着燃耗的增加，增殖随着时间推移会减慢。因为在该时间段开始的附近，燃料区域中没有充足的快中子来增殖足够的裂变材料以支持高燃烧速率，故曲线202没有示出随时间推移的恒定的反应性水平。随着时间推移，大量的快中子将增殖性材料增殖成裂变材料，并且反应性增加，但保持低于反应堆能够达到的最大燃烧速率。接近该时间段结束，在时间t5附近，反应性达到局部最大值并且随着增殖性材料的供应开始下降而开始下降。
曲线204示出了具有静态石墨慢化体配置的快msr随时间推移的反应性，其中慢化中子反射体组件倾向于向反应堆堆芯提供热化的中子。在曲线204上，反应性在时间t0附近以比曲线202相对更高的水平开始，这部分是由于由石墨慢化体引起的热化而使裂变的概率增加。由于邻近石墨反射体的热能谱倍增，曲线204会在时间t0附近显著下降。随着热中子在反应堆堆芯中燃烧裂变燃料，反应性可以以大体上线性的方式随着时间推移而逐渐减小。曲线204在都没有曲线达到或保持反应堆堆芯内可实现的最大燃烧速率的方面类似于曲线202。曲线204没有达到反应堆的最大燃烧速率，因为没有足够的快中子来维持高到足以在随时间推进通过时间段t0至t5时支持燃烧速率的增殖速率。在曲线202和204中，燃烧速率在时间段t0至t5内未被优化。相反，在图表的过程中，每个曲线图具有相对较高的燃烧速率的时间段和相对较低的燃烧速率的时间段。
曲线202和204被示出为与曲线206形成对比。曲线206示出了具有动态中子反射体组件的快msr系统的随时间的反应性，其开始于高慢化体构造并且改变为高反射体构造，此后被动态控制以实现反应堆堆芯内的期望的反应性条件。在初始燃料填料在时间t0附近加载之后，曲线206上的随时间推移的反应性开始相对高，并且由于中子的反射和热化的动态可控性质而保持为高。在时间t0附近，针对与当时在燃料区域中可得到的裂变材料的浓度相关的慢化速率，调整中子反射组件中的材料的成分。随着燃耗加剧，调整中子反射组件中的材料的成分以增加快中子反射并且减少慢化以继续向燃料区域供应新增殖的裂变材料，同时，保持适当的热化量以匹配燃料区域中的当前状况。调整可以被连续执行或作为批处理执行，并且随着时间推移朝向t5继续。这些动态中子反射体组件调整的效果是在整个时间段t0-t5内保持相对稳定和高的反应性速率，这利用静态慢化体和中子反射体(诸如分别由曲线202和204表示的那些)不是可行的。尽管如此，可以使用相同的动态中子反射体组件来以其他方式控制反应性(例如，减少反应性等)。
还应当注意的是，在中子反射体组件内包含中子吸收体也可以影响反应堆堆芯内的反应性。中子反射体组件之中的中子反射体、慢化体和吸收体材料之间的动态调整可以提供比单独的静态中子反射体组件更丰富的控制选项。
图3是包围msr堆芯301的分段动态中子反射体组件300的示意图。msr堆芯301配备有燃料进料口308和燃料出口310。燃料出口310使来自反应堆容器303的熔融燃料盐通过一级冷却剂环路流动到外部热交换器(未示出)，该外部热交换器提取热量(例如，用于蒸汽涡轮机中)并且冷却熔融燃料盐用于经由燃料进料口308返回反应堆容器303。熔融燃料盐通过熔融燃料盐输入口312流入反应堆容器303中并且通过熔融燃料盐输出口314流出反应堆容器303。
分段动态中子反射体300可以部分地或大体上包围msr堆芯301。例如，在区段302，304，306之间可以存在间隙，或者区段302，304，306可以连续地围绕msr堆芯。尽管在图3中示出了动态反射体组件300的三个区段，应当理解的是，动态反射体组件可以包括任何数量的区段。动态反射体组件300的区段可以通过径向地完全地或部分地围绕堆芯来包围堆芯。动态反射体组件300的区段可以可选地结合或取代径向反射体区段而被定位在反应堆堆芯上方和/或下方。
应当理解的是，在一些情况下，分段动态中子反射体可能不可行的是以不间断或完全连续的方式完全包围反应堆堆芯。例如，可以适当的将各种结构和仪器布置在具有诸如输入/输出管路、电源导管、数据导管和/或其它仪器、控件和支持硬件的支持元件的快msr堆芯301周围。这些结构和仪器可能需要直接或间接地进入反应堆堆芯，使得动态反射体组件300的区段可能需要成形或定位以适应上述进入。因此，在一些实施方式中，可以适当地允许区段或布置之间的间隙，其中包围反应堆堆芯的区域的部分未被动态反射体组件300的区段覆盖。
动态反射体组件300的一些或每个区段302、304、306可以包含用于传导流动的反射体材料的一个或更多个通道(图3中未示出)。如在本申请中所使用的，术语通道不仅指管状封闭通路，而且还指适合于使反射材料流动的任何容体。流动的反射体材料可以包括不一定是流体的材料，而是能够循环或流过该组件的材料，使得可以选择性地添加或从其移除反射体材料。合适的中子反射体材料的示例包括流体、悬浮颗粒的浆料和/或诸如粉末的固体和/或诸如碳砾的砾等。区段302、304、306可以包含用于例如沿第一方向(诸如沿着相应区段的周边向下)传导流动的反射体材料的一个或更多个第一通道以及用于例如沿第二方向(诸如向上回到动态中子反射体组件300的顶部)传导流动的反射体材料的一个或更多个第二通道。各种反射体区段的通道可以流体耦合，使得流动的中子反射体材料在区段之间流动。在另一个实施方式中，反射体区段可以彼此流体分离，使得流动的反射体材料仅流入和流出单个区段。
在实施方式中，反射体区段中的流体通道中的一个或更多个可以与热交换器和/或熔融燃料盐热连通，充当冷却剂。流动的反射体材料因此可以与熔融燃料盐交换热量，并且经由热交换器将热量传递到二级冷却剂回路以将热量从反应堆供应到涡轮机或其他发电设备。当流动的反射体材料通过一级和/或二级冷却剂回路与反应堆堆芯交换热量时，流动的反射体材料温度可能波动。当流动的反射材料的温度波动时，其密度会变化。例如，在实施方式中，流动的反射体材料是熔融的铅-铋，并且熔融的铅-铋在较低温度下将经历更高的密度。随着熔融的铅-铋的温度下降并且其密度升高，每单位体积铅-铋的分子数量将增加。随着单位体积分子数量的增加(即，更高的密度)，反射从反应堆堆芯发出的快能谱中子的可能性增加，因此在不改变材料的体积的情况下增加了流动的反射体材料的有效反射率。在另一个实施方式中，可以通过将非反射材料(诸如非反射材料颗粒、流体气泡等)引入流动的反射体材料中来调整流动的反射体材料的密度。在又一个实施方式中，可以通过调整环境特性来将流动的反射体材料蒸发成低密度蒸汽相来调整流动的反射体材料的密度。以这种方式，动态中子反射体组件的材料成分并且因此其反射率可以被改变。
图4示出了具有配备有溢流储器408的动态流动中子反射体组件406的msr系统400。熔融燃料盐402在熔融燃料盐通过在内部中心反应堆堆芯区段中的裂变反应被加热时沿向上的方向流动，并且在熔融燃料盐在反应堆容器401的内部周边的周围被冷却时向下流动。在图4中，空心尖端箭头指示熔融燃料盐通过msr系统400的流动。熔融的燃料的组成成分可以通过快燃料循环流动(例如，每秒一个完全循环环路)来充分混合。在一个实施方式中，一个或更多个热交换器404被定位在反应堆容器401的内部周边处，以从熔融的燃料流提取热，这使向下的流进一步冷却，然而热交换器可以另外地或可选择地被定位在反应堆容器401的外部。
msr系统400包括动态中子反射体组件406。msr系统400的操作温度可以高到足以液化各种合适的中子反射体材料。例如，铅和铅-铋分别在反应堆的操作范围内的约327℃和200℃温度时熔化。在实施方式中，动态中子反射体组件406被配置为包含所选择的中子反射体材料(例如，铅、铅-铋等)的流动和/或循环流体相。在图4中，实心尖端箭头指示中子反射体材料的流动。动态中子反射体组件406可以由任何合适的耐高温和抗辐射材料形成，诸如由一种或更多种耐熔合金形成，该一种或更多种耐熔合金包括但不限于一种或更多种镍合金、钼合金(例如，tzm合金)、钨合金、钽合金、铌合金、铼合金、碳化硅或一种或更多种其他碳化物。在实施方式中，动态中子反射体组件406被定位在反应堆堆芯区段的外表面上并且分布在反应堆堆芯区段的外表面上。在实施方式中，动态中子反射体组件406可以被分段，如上文参照图3所说明的。在实施方式中，动态中子反射体组件406跨反应堆堆芯区段的外表面径向布置。动态中子反射体组件406可以被布置成在反应堆堆芯区段周围形成连续体积的中子反射体材料。动态中子反射体组件406的任何几何布置和数量适合于本文中所描述的技术。例如，动态中子反射体组件406可以以堆叠的环形构造布置，其中每个模块填充有中子反射体材料流以在反应堆堆芯区段周围形成圆柱形中子反射体积。动态中子反射体组件406也可以布置在反应堆堆芯区段的上方和下方。
可以调整动态中子反射体组件406的成分以改变反射率性特性，例如，诸如通过调整在反射体406中流动的反射体材料的体积。调节反射体406中的流动的反射体材料的体积的一种方式是经由管路组件410和泵414将材料泵送至动态反射体406或泵送出动态反射体406进入溢流储器408中。为了减小流动的中子反射体材料的体积并且由此减少反射体406的反射率特性，一部分流动的中子反射体材料可以经由管路组件410被泵送或移置到溢流储器408中。阀412和泵414可以协作以调节流动的中子反射体材料通过管路组件410的流量。为了增加流动的中子反射体材料的体积，阀412和泵414可以协作以使流动的中子反射体材料流出溢流箱408并且经由管路组件410返回到反射体406中。在另一个实施方式中，可以通过调节流动的中子反射体材料的温度并且由此调节密度来调节动态中子反射体组件406的反射率。由于密度更大的材料具有更高的单位体积质量，流动的中子反射体材料的密度上的变化改变其中子反射特性。密度较大的材料每单位体积将包含更多的分子，并且因此更容易反射中子，因为行进穿过密度较大的材料的任何中子将更可能撞击流动的中子反射体材料的分子并且因此被反射。泵414和阀412可以协作以增大或减小流动的中子反射体材料进入或离开动态中子反射体406的流动速率，以调节反射流动的中子反射体材料的温度。在其他实施方式中，溢流储器408可以用诸如闭路环路的其他构造替换。
msr系统400可以包括流动的中子反射体材料清洁组件416。流动的中子反射体材料清洁组件416与管路组件410流体连通，并且可以位于阀412和泵414的任一侧上。流动的中子反射体材料清洁组件416可以过滤和/或控制中子反射体材料的化学性质。例如，流动的中子反射体清洁组件416可以从中子反射体材料移除氧气、亚硝酸盐和其他杂质。在实施方式中，中子反射体清洁组件416中的锆石亚硝酸盐涂层被配置为控制流动的中子反射体材料的化学性质。在另一个实施方式中，流动的中子反射体清洁组件416可以执行“结渣(slagging)”技术，其中流动的中子反射体清洁组件416捕获氧气作为氧化物材料。如果氧化物材料熔化，则它可以相位分离并且流动的中子反射体清洁组件416可以通过例如刮削氧化物材料从中子反射体材料移除氧化物材料。在另一个实施方式中，流动的中子反射体清洁组件416被配置用于中子反射体材料的氢处理以移除包含在其中的氧气。
动态中子反射体406的成分也可以通过引入流动的慢化体材料来调整。流动的慢化体材料可以被保持在储存箱(未示出)中并且经由与流体慢化体储存箱流体连通的管路组件410和泵414被引入到动态中子反射体406中。流动的慢化体材料可以在动态反射体406中循环并且可以通过泵414经由管路组件410被移除到储存箱中。在实施方式中，水或重水可以用作动态中子反射体406中的流动的慢化液体。在另一个实施方式中，铍可以用作动态中子反射体406中的流动的慢化材料。在又一个实施方式中，lif-bef2可以用于动态中子反射体406中和/或燃料盐本身中的流动慢化材料。泵414可以将流动的慢化体液体和/或流动的中子反射体材料连续地和/或以批处理的方式泵送至动态反射体406中和泵送出动态反射体406。
如先前所描述的，中子吸收材料也能够单独地或与中子反射体材料和中子慢化体材料的各种成分和/或构造相组合地并入动态中子反射体组件406中。
图5是动态中子反射体组件500的俯视示意图，该动态中子反射体组件500具有多个耐熔覆层套管502以引导流动的中子反射体材料穿过其中。在实施方式中，流动的中子反射体组件500大体上包围核燃料区域504，快能谱中子506从该核燃料区域504发出。在图5中，快能谱中子506的示例路径由以诸如线508的双箭头终止的线表示。示例快能谱中子506从流动的反射体材料非弹性地散射(或反射)并且回到核燃料区域504中。图5的反射体构造可以用于通过用一定体积的中子反射体材料选择性地填充每个通道502来增量式地迁移核燃料区域504中的中子能谱。
在图5中，中子反射体材料朝向观察者向上流动通过耐熔覆层通道502。在实施方式中，中子反射体材料可以在具有在核燃料区域504上方的输入和输出端口的通道502(例如，单元、套管、导管等)中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料可以仅沿向上或向下的方向的一个方向流过具有位于核燃料区域504上方的一个端口和位于燃料区域504下方的另一个端口的通道502。在又一其他实施方式中，中子反射体材料可以包括通过通道502的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料可以流动通过径向输入和输出端口。
动态中子反射体组件500与布置在燃料区域504的相对侧上的热交换器510热连通。热交换器510可以包含循环通过其中的一种或更多种类型的液体冷却剂。当中子反射体500与热交换器510交换热量时，热交换器510可以作为二级冷却剂回路的一部分将热量传输离开动态中子反射体组件500。二级冷却剂回路可以将热量供应到发电设备，例如，诸如蒸汽驱动涡轮机。在实施方式中，熔融燃料盐可以向上流动通过核燃料区域504并且向下流动通过热交换器510，因此作为一级冷却剂回路的一部分交换热量。换句话说，热交换器可以与熔融燃料盐交换热量并且与通道502中的流动的中子反射体交换热量。中子反射体材料的流动速率可以被调整为改变与热交换器的接触时间，以改变通道502中的流动的反射体材料的温度。随着反射体材料的温度变化，其密度相应地改变。由于密度较大的材料具有较高的每单位体积质量，故反射体材料的密度上的变化改变了它的中子反射特性，并且因此更容易反射中子。通道502可以形成为几何形状，包括但不限于方形、矩形、圆形、环形、多边形等。
图6是动态中子反射体组件600的俯视示意图，该动态中子反射体组件600具有传导流动的中子反射体材料的多个套管602和包括中子慢化构件606的多个套管604，该中子慢化构件606以任何期望的构造相对于哪个和多少套管602可以接收中子慢化构件606而被选择性地插入到套管602、604中。动态中子反射体组件600大体上包围燃料区域608，从该燃料区域608发出快能谱中子610。在图6中，以诸如线612的双箭头终止的线表示快能谱中子。在插入时，中子慢化构件606移置一定体积的流动的中子反射体材料，从而改变动态中子反射组件600的中子反射率特性。因为动态中子反射体组件600包含中子反射和中子慢化材料，故一些快能谱中子被反射回到燃料区域608中，并且其它快能谱中子610撞击中子慢化构件606并且被转换成热中子。
在图6中，热中子的示例路径由以诸如线614的单箭头终止的线表示。快能谱中子的示例路径由以双箭头终止的线表示。随着动态反射体组件600将快能谱中子转换成热中子，热中子可以通过通道602、604中的流动的中子反射体材料而被反射回燃料区域608中，或者由布置在动态反射体600后面的另一个中子反射体(未示出)反射。通过移置一定体积的流动的中子反射体材料中的一些，反射体600的整体反射率特性被改变，因此与没有中子慢化体积移置构件606的构造相比，由于快能谱中子的反射降低而减少了燃料区域608中的增殖速率。与没有移置构件的构造相比，图6中所示出的移置构件构造由于热能谱中子的增加，也使燃料区域608中的燃烧速率增加。通过选择性地将中子慢化体积移置构件606插入反射体600中，可以动态调整燃料区域608中的增殖和燃烧速率以及中子能谱。体积移置构件606可以形成为几何形状，包括但不限于方形、圆形、矩形、环形、多边形等。
在实施例中，通过将流动的中子反射体材料排出一个或更多个通道602、604来改变反射体600的整体反射率特性，从而在一个或更多个通道602、604中留下空的空间。主动冷却可以被提供给反射体600，可以通过提供与燃料盐和/或二级冷却剂的热连通来提供主动冷却。
在图6中，在通道602中流动的中子反射体材料朝向观察者向上流动。在实施方式中，在通道602中流动的中子反射体材料可以在具有在燃料区域608上方的输入和输出端口的通道602中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，在通道602中的流动的中子反射体材料可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在燃料区域608上方的一个端口和位于燃料区域608下方的另一个端口的通道602。在又一其他实施方式中，中子反射体材料可以包括通过通道602的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料可以流动通过径向输入和输出端口。
热交换器614可以与动态反射组件600热连通，用于交换来自燃料区域608的热量。在实施方式中，热交换器614被布置为在动态反射体组件600的与燃料区域608的相对侧上相邻。随着中子反射体材料流动通过动态反射体组件600的套管，它可以将从燃料区域608发出的热量传递到热交换器614以形成二级冷却剂回路。二级冷却剂回路可以包括由管路形成的一个或更多个二级冷却剂环路。二级冷却剂回路可以包括适合于在熔融燃料盐反应堆中实施的本领域中已知的任何二级冷却剂系统布置。二级冷却剂系统可以使二级冷却剂循环通过一个或更多个二级冷却剂环路的一个或更多个管路和/或流体传送组件，以便将由反应堆堆芯产生的并且通过热交换器614接收的热量传送至下游的热驱动发电设备和系统。该二级冷却剂系统可以包括多个平行的二级冷却剂环路(例如，2至5个平行的环路)，每个平行的二级冷却剂环路携带二级冷却剂的选定部分通过二级冷却剂回路。该二级冷却剂可以包括但不限于液体钠。
在实施方式中，通过一种或更多种有效作为抑制剂或中子吸收体的材料来保护热交换器614，以在中子与热交换器614相互作用并且引起辐射损害之前捕获从燃料区域608发出的中子。在实施方式中，热交换器614包括有效作为抑制剂或中子吸收体的一种或更多种材料。在另一个实施方式中，有效作为抑制剂或中子吸收体的一种或更多种材料被包括在动态反射体组件600中。
图7是具有由中子反射体组件700所包围的燃料区域702的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。中子反射体组件700包含流动通过通道712的中子反射体材料704。在图7中，中子反射体材料704朝向观察者向上流动。在实施方式中，中子反射体材料704可以在具有在燃料区域702上方的输入和输出端口的通道712中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料704可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在燃料区域702上方的一个端口和在燃料区域702下方的另一个端口的通道712。在又一其他实施方式中，中子反射体材料704可以包括通过通道712的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料704可以流动通过被设置在热交换器706之间的径向输入和输出端口。
流动的动态中子反射体材料704与热交换器706热连通。热交换器706可以包含循环通过它的一种或更多种类型的液体冷却剂。随着中子反射体材料704与热交换器706交换热量，热交换器706可以作为二级冷却剂回路的一部分将热量传输带离中子反射体组件700。二级冷却剂回路可以将热量供应到发电设备，例如，诸如蒸汽驱动涡轮机。在实施方式中，熔融燃料盐可以向上流动通过燃料区域702并且向下流动通过热交换器706，因此作为一级冷却剂回路的一部分交换热量。换句话说，热交换器706可以与熔融燃料盐交换热量并且与流动的中子反射体材料704交换热量。中子反射体材料704的流动速率可以被调整为改变与热交换器706的接触时间，以改变中子反射体材料704的温度。随着中子反射体材料704的温度的变化，其密度相应地改变。由于密度较大的材料具有较高的每单位体积质量，故中子反射体材料704的密度上的变化改变了其中子反射特性并且因此更可能反射中子。
图7示出了从燃料区域702发出的示例快中子710。通过以双箭头终止的线表示快中子。示例快中子710可以源自于燃料区域702并且被中子反射体材料704反射并且行进回到燃料区域702中。反射回到燃料区域702中的示例快中子710可以在与增殖性材料相接触时增加燃料区域702中的裂变材料。类似地，图7示出了示例热中子714。示例热中子714由以单箭头终止的线表示。示例热中子714可以被中子反射体材料704反射并且行进回到燃料区域702中。反射到燃料区域702中的示例热中子可以在与位于其中的裂变材料相接触时增加燃料区域702中的反应性。
图8是具有由中子反射体组件800包围的燃料区域802的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图，该中子反射体组件800具有与热交换器806热连通的中子反射体材料804。在图8中，中子反射体材料804朝向观察者向上流动。在实施方式中，中子反射体材料804可以在具有在燃料区域802上方的输入和输出端口的通道808中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料804可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在燃料区域802上方的一个端口和在燃料区域802下方的另一个端口的通道808。在又一其他实施方式中，中子反射体材料804可以包括通过通道808的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料804可以流动通过被设置在热交换器806之间的径向输入和输出端口。
流动的中子反射体材料804与热交换器806热连通。热交换器806可以包含循环通过它的一种或更多种类型的液体冷却剂。随着流动的中子反射体材料804与热交换器806交换热量，该热交换器806可以作为二级冷却剂回路的一部分将热量传输带离中子反射体组件800。二级冷却剂回路可以将热量供应到发电设备，例如，诸如蒸汽驱动涡轮机。在实施方式中，熔融燃料盐可以向上流动通过燃料区域802并且向下流动通过热交换器806，因此作为一级冷却剂回路的一部分交换热量。换句话说，热交换器806可以与熔融燃料盐交换热量并且与流动的中子反射体材料804交换热量。中子反射体材料804的流动速率可以被调整为改变与热交换器806的接触时间，以改变中子反射体材料804的温度。
反射体组件800包括插入流体通道808中的中子慢化体积移置构件812。在插入慢化构件812时，通道中的反射液体804的体积减小。在体积减小的情况下，通道中的剩余中子反射体材料804具有改变的中子反射率特性，并且因此比慢化构件812被插入之前较不可能反射中子。包围燃料区域802的区域中的慢化构件812的存在使中子的热化更加可能，例如，诸如热化中子810。增加的热化将趋于增加燃料区域802中的裂变材料的燃耗。
慢化体积移置构件812可以单独地插入到通道808中或者插入在任何多个构件中。慢化体积移置元件812可以采取圆柱形、方形或矩形棱柱形、三角棱柱形、多边棱柱形及类似形状。在另一个实施方式中，慢化体积移置元件812可以包括一组构件(未示出)。选择每个通道808的慢化体积移置构件812的几何形状和数量将确定通道808中的慢化材料与反射体材料的比率。选择性地插入慢化体积移置构件812允许调整燃料区域802中的增殖速率和反应性并且允许维持期望的燃耗水平。在实施方式中，通过选择性地插入和移除慢化体积移置构件812的至少一子集，将燃耗速率保持在期望的上限和下限内。
图9是具有由中子反射体组件900包围的燃料区域902的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图，其中流动的中子反射体材料904穿过通道908。在图9中，中子反射体材料904朝向观察者向上流动。在实施方式中，中子反射体材料904可以在具有在燃料区域902上方的输入和输出端口的通道908中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，液体中子反射体904可以仅在向上或者向下的方向中的一个方向上流动通过具有在燃料区域902上方的一个端口和在燃料区域902下方的另一个端口的通道908。在又一其他实施方式中，液体中子反射体904可以包括通过通道908的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，液体中子反射体904可以流动通过被设置在热交换器914之间的径向输入和输出端口。
流动的中子反射体材料904与热交换器914热连通。热交换器914可以包含循环通过它的一种或更多种类型的液体冷却剂。随着流动的中子反射体材料904与热交换器914交换热量，热交换器914可以作为二级冷却剂回路的一部分将热量传输带离中子反射体组件900。二级冷却剂回路可以将热量供应到发电设备，例如，诸如蒸汽驱动涡轮机。在实施方式中，熔融燃料盐可以向上流动通过燃料区域902并且向下流动通过热交换器914，因此作为一级冷却剂回路的一部分交换热量。换句话说，热交换器914可以与熔融燃料盐交换热量并且与流动的中子反射体材料904交换热量。中子反射体材料904的流动速率可以被调整为改变与热交换器914的接触时间，以改变中子反射体材料904的温度。随着中子反射体材料904的温度变化，其密度相应地改变。因为密度较大的液体具有更高的每单位体积质量，故中子反射体材料904的密度上的变化改变其中子反射特性，并且因此更可能反射中子。
反射体组件900包括选择性地插入的中子吸收构件906和选择性地插入的体积移置构件910。中子吸收构件906和体积移置构件910可以具有与通道908的形状兼容的任何几何形状。中子吸收构件906和体积移置构件910在它们所插入其中的通道908中移置一定体积的流动的中子反射体材料904，因此降低了该通道的中子反射率。选择性地插入中子吸收构件906和体积移置构件910通过改变中子反射组件中的材料的成分来调整核反应堆堆芯中的中子反射率。对于诸如示例快中子910的快中子行进到体积移置构件910中的几种情况是可能的。快中子912可以穿过构件910(图9中未示出)，快中子912可以被通道中的剩余流动的中子反射体材料904反射，或者快中子912可以被另一个表面(未示出)反射。示例快中子912在体积移置构件910被插入时比在通道充满流动的中子反射体材料904时较小可能反射回到燃料区域902中。
插入中子吸收构件906是通过改变中子反射组件中的材料的成分来调整核反应堆堆芯中的中子反射率的另一种方式。当中子吸收构件906被插入通道908中时，示例快中子912可以撞击吸收构件906并且被吸收构件906吸收。其他的场景也是可能的。示例快中子可以被未被吸收构件906移置的流动的中子反射体材料904反射，或者它可以离开堆芯区域，在那里它可以被其他材料(未示出)反射或吸收。在另一个实施方式中，中子吸收构件906可以被插入通道908中，同时从通道移除流动的中子反射体材料904。
应当理解的是，体积移置构件910和中子吸收构件906可以以任何期望的构造和以与图9中未示出的其他构件(诸如中子慢化构件)的任何组合选择性地插入通道908中。任何数量的体积移置构件910和中子吸收构件906可以单独地或与其他可插入构件相组合地插入到单个通道中。体积移置构件910和中子吸收构件906可以仅被插入一些通道908中，或者仅被插入动态反射体900的一部分上的通道中。可能期望的是，通过选择将期望的中子活性集中在期望的位置的插入构造将增殖或燃烧的位置聚集在燃料区域902中。例如，通过选择性地移除插入在反射体组件900的上半部中的构件，以允许中子反射体材料904填充在反射体组件900的上半部上的通道908，可以在燃料区域902的上半部中引起增加的增殖。在另一个示例中，通过将中子慢化构件选择性地插入在反射体组件900的下半部上的通道908中，可以在燃料区域902的下半部中引起增加的燃烧。在又一个示例中，通过将中子吸收构件906选择性地插入位于反射体组件900的期望侧上的通道908中，可以减少燃料区域902的一部分中的反应性。
在图9的实施方式中，在通道908中的流动的中子反射体材料904与热交换器914热连通。改变通道908中的流动的中子反射体材料904的流动速率可以改变流动的反射液体的温度，并且因此改变其密度并且因此改变其中子反射特性。改变流动的中子反射体材料904的密度是通过改变中子反射组件中的材料的成分来调整核反应堆堆芯中的中子反射率的另一种方式。借助于热交换器914，在通道908中的流动的中子反射体材料904是用于燃料区域902的二级冷却剂，因为它可以操作为经由热交换器914与燃料区域902中的熔融燃料盐交换热量至反应堆堆芯外部。
图10是由动态中子反射体组件1000所包围的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的侧面示意图，该动态中子反射体组件1000具有在管壳式热交换器中与熔融核燃料盐1004热连通的中子反射体材料1002。流动的反射液体1002流动通过入口1006并且进入外部通道1008。外部通道1008提供中子反射层，从燃料区域1004发出的快中子可以从该中子反射层反射回到燃料区域1004中。在离开外部通道1012之后，流动的反射液体1002流动通过下部通道1012。下部通道1012提供中子反射层，从燃料盐1004发出的快中子可以从中子反射层反射回到燃料盐1004中。在离开下部通道1012之后，流动的中子反射体材料1002向上流动通过管1014。
管1014在壳管式构造中与在包围管1014的通道1016中向下流动的熔融燃料盐1004热连通，并且因此用作用于反应堆堆芯的二级冷却剂。管1014可以被配置作为任何直径和横截面几何形状的任何数量的管。为了在流动的中子反射体材料1002与熔融燃料盐1004之间进行期望的热交换，可以针对与在区域1016中的流动的熔融燃料盐1004相接触的期望的表面积来选择管1014的构造。在离开管1014之后，流动的中子反射体材料1002进入上部通道1020。上部通道1020提供反射层，从燃料区域1004发出的中子可以从反射层反射回到燃料区域1004中。热交换器(未示出)可以与流动的中子反射体材料1002热连通。在实施方式中，热交换器可以被设置在通道1008外部。在另一个实施方式中，热交换器可以被设置在流动的中子反射体材料入口1006或出口1022上方。借助于热交换器，流动的中子反射体材料1002是用于燃料区域1004的二级冷却剂，因为它可以操作为与熔融燃料盐交换热量至反应堆堆芯的外部。
核反应堆堆芯中的中子反射率可以通过改变通道1008、1012、1020中的反射液体的成分来调整。例如，可以通过将一定量的流动的中子反射材料1002泵送至溢流箱1010或泵送出溢流箱1010来调整流动的中子反射体材料1002的体积，因此分别增加或减小反射率。在另一个示例中，可以调整通过通道1008、1012、1020的流动的中子反射体材料1002的密度。流动的中子反射体材料1002的较高密度可以导致增加的中子反射率，而流动的中子反射体材料1002的较低密度可以导致减小的中子反射率。可以通过改变温度来调整流动的中子反射材料1002的密度。可以通过改变流动速率并且因此改变与熔融燃料盐1004的热接触时间来调整流动的中子反射体材料1002的温度。可选地或另外地，流动的中子反射材料1002的流动方向可以颠倒。这样，流动的中子反射体材料1002可以在向下的方向上流动通过管1014并且向上通过通道1008进入溢流箱1010中。熔融核燃料盐1004的流动方向也可以颠倒。这样，熔融核燃料盐1004可以在裂变区域的中心中沿向下的方向流动并且在管1014周围沿向上的方向流动。
图11是具有由中子反射体组件1100所包围的燃料区域1102的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图，该中子反射体组件1100具有流动通过通道1110并且流动通过通道1112中的管1108的中子反射体材料1104，管1108在管壳型热交换器中与流动通过燃料区域1102并且通过通道1112的熔融核燃料盐热连通。从图11的角度来看，熔融燃料盐向上流动通过燃料区域1102并且向下流动通过通道1112。流动的反射液体向下流动通过通道1110并且向上流动通过管1108。在此实施方式中，流动的反射液体1104也是用于燃料区域1102中的燃料的二级冷却剂。管1108可以采取各种构造，包括但不限于每个通道1112中的任何数量的管或任何几何形状的管。选择每个通道1112的管1108的数量和管1108的形状将确定与在通道1112中向上流动的熔融燃料盐相接触的表面积，并且改变流动的反射液体1104与熔融燃料盐1102之间交换的热量的量。尽管在图11中示出了每个通道1112的成对的管1108，但各种构造是可能的。例如，管1108可以采用通过通道1112曲折路径以增加热暴露于熔融燃料盐的表面积。在另一个实施方式中，通道1112可以包含一系列挡板，熔融燃料盐必须围绕该一系列挡板按照入口与出口端口之间的间接图案流动。间接流动模式增加了熔融燃料盐与管之间的热接触，并且增加了管与熔融燃料盐流之间的角度以增加热连通。
在实施例中，从燃料区域1102发出的示例快中子1114可以被容纳在管1008中的流动的反射液体1104反射或者被包含在通道1110中的流动的反射液体1104反射，并且返回到燃料区域1102中。诸如从在通道1112中流动的熔融燃料盐发出的示例快中子1116的快中子也可以被在管1108中或在通道1110中流动的反射体材料1104反射并且返回到燃料区域1102中。
图12描绘了熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的示例操作1200的流程图。维持操作1202在由动态中子反射体组件所包围的核反应堆堆芯中维持核裂变反应。中子反射体组件可以具有至少一种中子反射体材料。中子反射组件可以通过被径向地设置在反应堆堆芯的周围、上方和/或下方而包围核反应堆堆芯。中子反射组件可以形成在一个连续件中、形成为分布在反应堆堆芯周围的离散件、以其间具有间隙的离散件设置在堆芯周围和/或分段成规则的或不规则的区段。反射组件可以包含用于传导流动的反射体材料的一个或更多个通道。反射组件可以包含一个或更多个通道层面，使得流动的反射材料在一个层面上沿一个方向流动，并且在一个或更多个其他层面上沿另一个方向流动。例如，反射组件可以包含具有向下流动的流动的反射体材料的外部通道以及具有向上流动的流动的反射体材料的另一内部通道，以避免任何入口或出口在反应堆堆芯下面铅直垂下。
反射组件还可以与一个或更多个热交换器热连通，并且因此用作用于反应堆堆芯的二级冷却剂。在一个实施方式中，热交换器热耦合到用于传导流动的反射材料的通道。另一个实施方式可以利用管壳式热交换器，其中第一通道沿第一方向传导流动的反射体材料，并且一个或更多个额外的通道沿第二方向将流动的反射体材料传导通过由流动的熔融燃料盐所包围的一个或更多个管。
调整操作1204通过改变中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性在所维持的核裂变反应期间调整在核反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。改变中子反射体组件中的反射体材料的反射率特性可以包括：修改反射体组件中的反射体材料的体积、修改反射体组件中的反射体材料的密度、修改反射体组件中的反射体材料的成分、将中子慢化构件插入和/或移动到反射体组件中、将中子吸收构件插入和/或移动到反射体组件中，和/或将体积移置构件插入和/或移动到反射体组件中的任何一个或更多个。
图13描绘了熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的其他示例操作1300的流程图。维持操作1302在由中子反射体组件所包围的核反应堆堆芯中维持核裂变反应。中子反射体组件可以具有至少一种中子反射体材料。中子反射组件可以通过被径向地设置在反应堆堆芯的周围、上方和/或下方而包围核反应堆堆芯。中子反射组件可以形成在一个连续件中、形成为分布在反应堆堆芯周围的离散件、以其间具有间隙的离散件设置在堆芯周围和/或分段成规则的或不规则的区段。反射组件可以包含用于传导流动的反射体材料的一个或更多个通道。反射组件可以包含一个或更多个通道层面，使得流动的反射材料在一个层面上沿一个方向流动，并且在一个或更多个其他层面上沿另一个方向流动。例如，反射组件可以包含具有向下流动的流动的反射体材料的外部通道以及具有向上流动的流动的反射体材料的另一内部通道，以避免任何入口或出口在反应堆堆芯下面铅直垂下。
反射组件还可以与一个或更多个热交换器热连通，并且因此用作用于反应堆堆芯的二级冷却剂。在一个实施方式中，热交换器热耦合到用于传导流动的反射材料的通道。另一个实施方式可以利用管壳式热交换器，其中第一通道沿第一方向传导流动的反射体材料，并且一个或更多个额外的通道沿第二方向将流动的反射体材料传导通过由流动的熔融燃料盐所包围的一个或更多个管。
调整操作1304通过修改中子反射体组件中的反射体材料的体积在所维持的核裂变反应期间调整在反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。在实施方式中，可以通过流体耦合到溢流储器的泵和阀来改变流动的反射体材料的体积。可以将一定体积的流动的反射材料泵送通过阀泵送并且进入溢流储器以减少反射组件中的反射材料的体积，并且因此减少散射到反应堆堆芯中的快中子和/或热中子的通量。相反地，可以将一定体积的流动材料通过阀泵送出溢流储器以增加反射体组件中的体积，并且因此增加中子进入反应堆堆芯的反射率。
在另一个实施方式中，改变中子反射体组件中的材料的成分可以包括将体积移置构件选择性地插入或移动到引导流动的反射体材料的一个或更多个通道中。在实施方式中，体积移置构件可以中子慢化构件、中子吸收构件或是不影响中子通量的体积移置构件(例如，中空构件或由非中子影响材料形成的构件)。将体积移置构件插入到引导包围反应堆堆芯的流动的反射体材料的通道中减小了通道中的反射体材料的体积，并且因此通过减少中子的散射而改变反射体组件的反射特性，因为较少的中子可能由于减少的反射体材料的体积而被散射。从引导包围核反应堆堆芯的流动的反射体材料的通道移除体积移置构件可以增加流动的反射体材料的体积，并且因此通过增加中子的散射来改变反射体组件的反射特性，因为流动的反射体材料可以返回到反射体组件进入由抽出的体积移置构件而腾空的空间中，由此增加了由于反射体材料的体积增加而从反应堆堆芯发出的中子将被散射的可能性。
图14描绘了熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的其他示例操作1400的流程图。维持操作1402在由中子反射体组件所包围的核反应堆堆芯中维持核裂变反应。中子反射体组件可以具有至少一种中子反射体材料。中子反射组件可以通过被径向地设置在反应堆堆芯的周围、上方和/或下方而包围核反应堆堆芯。中子反射组件可以形成在一个连续件中、形成为分布在反应堆堆芯周围的离散件、以其间具有间隙的离散件设置在堆芯周围和/或分段成规则的或不规则的区段。反射组件可以包含用于传导流动的反射体材料的一个或更多个通道。反射组件可以包含一个或更多个通道层面，使得流动的反射材料在一个层面上沿一个方向流动，并且在一个或更多个其他层面上沿另一个方向流动。例如，反射组件可以包含具有向下流动的流动的反射体材料的外部通道以及具有向上流动的流动的反射体材料的另一内部通道，以避免任何入口或出口在反应堆堆芯下面铅直垂下。
反射组件还可以与一个或更多个热交换器热连通，并且因此用作用于反应堆堆芯的二级冷却剂。在一个实施方式中，热交换器热耦合到用于传导流动的反射材料的通道。另一个实施方式可以利用管壳式热交换器，其中第一通道沿第一方向传导流动的反射体材料，并且一个或更多个额外的通道沿第二方向将流动的反射体材料传导通过由流动的熔融燃料盐所包围的一个或更多个管。
调整操作1404通过修改中子反射体组件中的反射体材料的密度在所维持的核裂变反应期间调整在反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。可以通过改变反射体组件中的流动的中子反射体材料的温度来修改中子反射体组件中的反射体材料的密度。在较高温度下，流动的中子反射体材料倾向于具有较低的密度，并且在较低的温度下，流动的中子反射体材料倾向于具有较高的密度。密度上的变化将改变反射体组件的反射率特性，因为从反应堆堆芯发出的快中子和热中子取决于与反射体组件中的反射体材料的核相碰撞的可能性，将更加可能或更小可能被反射体材料散射。改变流动的中子反射体材料的温度的一种方法是改变其流动速率，并且因此改变流动的反射材料与熔融燃料盐的热接触时间。较高的流动速率可以减少与热燃料盐的接触时间，从而降低流动的反射体材料的温度并且增加流动的反射体材料的密度。较低的流动速率可以使流动的反射体材料与热燃料盐热接触相对较长的时间段，因此增加其温度并且降低流动的反射材料的密度。
在另一个实施例中，可以采用管壳式热交换器在流动的反射体材料与熔融燃料盐之间交换热量。管壳式热交换器可以被配置有挡板以将熔融燃料盐沿着曲折路径绕着承载流动的反射体材料的管路传送。可移动的挡板可以增加或减少流动的反体射材料与熔融燃料盐之间的热接触时间。如上所述，流动的反射体材料与熔融燃料盐之间的热接触时间上的改变可能倾向于改变流动的反射体材料的温度并且因此改变流动的反射体材料的密度。
图15描绘了熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的其他示例操作1500的流程图。维持操作1502在由动态中子反射体组件所包围的核反应堆堆芯中维持核裂变反应。中子反射体组件可以具有至少一种中子反射体材料。中子反射组件可以通过径向地布置在反应堆堆芯的周围、上方和/或下方而包围核反应堆堆芯。中子反射组件可以形成在一个连续件中、形成为分布在反应堆堆芯周围的离散件、以其间具有间隙的离散件设置在堆芯周围和/或分段成规则的或不规则的区段。反射组件可以包含用于传导流动的反射体材料的一个或更多个通道。反射组件可以包含一个或更多个通道层面，使得流动的反射体材料在一个层面上沿一个方向流动，并且在一个或更多个其他层面上沿另一个方向流动。例如，反射组件可以包含具有向下流动的流动的反射体材料的外部通道以及具有向上流动的流动的反射体材料的另一内部通道，以避免任何入口或出口在反应堆堆芯下面铅直垂下。
反射组件还可以与一个或更多个热交换器热连通，并且因此用作用于反应堆堆芯的二级冷却剂。在一个实施方式中，热交换器热耦合到用于传导流动的反射体材料的通道。另一个实施方式可以利用管壳式热交换器，其中第一通道沿第一方向传导流动的反射体材料，并且一个或更多个额外的通道沿第二方向将流动的反射体材料传导通过由流动的熔融燃料盐所包围的一个或更多个管。
调整操作1504通过将中子慢化构件插入中子反射体组件中来在持续核裂变反应期间调整反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。插入中子慢化构件可以将可能会导致与快中子的弹性碰撞的核引入反射体组件中。这些核的存在可能将热中子散射回到核反应堆堆芯中，因此增加燃耗。调整操作1504还可以对中子反射组件的中子反射率特性产生影响，因为中子慢化构件将从中子反射体组件移置出一定体积的流动的中子反射材料。流动的中子反射体材料体积的减小将倾向于减少与从核反应堆堆芯发出的中子的弹性碰撞的量，因此减少将从核反应堆堆芯发出的快中子散射回到反应堆堆芯中以将增殖性材料增殖成裂变材料的可能性。
图16描绘了熔融核燃料盐快反应堆中的动态能谱迁移的其他示例操作1600的流程图。维持操作1602在由动态中子反射体组件所包围的核反应堆堆芯中维持核裂变反应。中子反射体组件可以具有至少一种中子反射体材料。中子反射组件可以通过被径向地布置在反应堆堆芯的周围、上方和/或下方而包围核反应堆堆芯。中子反射组件可以形成在一个连续件中、形成为分布在反应堆堆芯周围的离散件、以其间具有间隙的离散件设置在堆芯周围和/或分段成规则的或不规则的区段。反射组件可以包含用于传导流动的反射体材料的一个或更多个通道。反射组件可以包含一个或更多个通道层面，使得流动的反射体材料在一个层面上沿一个方向流动，并且在一个或更多个其他层面上沿另一个方向流动。例如，反射组件可以包含具有向下流动的流动的反射体材料的外部通道以及具有向上流动的流动的反射体材料的另一个内部通道，以避免任何入口或出口在反应堆堆芯下面铅直垂下。
反射组件还可以与一个或更多个热交换器热连通，并且因此用作用于反应堆堆芯的二级冷却剂。在一个实施方式中，热交换器热耦合到用于传导流动的反射体材料的通道。另一个实施方式可以利用管壳式热交换器，其中第一通道沿第一方向传导流动的反射体材料，并且一个或更多个额外的通道沿第二方向将流动的反射体材料传导通过由流动的熔融燃料盐所包围的一个或更多个管。
调整操作1604通过从中子反射体组件中移除中子慢化构件来在所维持的核裂变反应期间调整反应堆堆芯内的快中子通量和热中子通量。移除中子慢化构件将减少反射体组件中的可能倾向于导致与快中子的弹性碰撞的可用的核。减少这些核的存在将散射更少的热中子返回到核反应堆堆芯中，因此降低燃耗。调整操作1504还可以对中子反射组件的中子反射率特性产生影响，因为经移除的中子慢化构件可能在它已被插入在中子反射组件中时已经移置了一定体积的流动的中子反射材料。流动的中子反射体材料的体积的增加可能倾向于增加与从核反应堆堆芯发出的中子的弹性碰撞的量，因此增加从核反应堆堆芯发出的快中子散射回到反应堆堆芯中以将增殖性材料增殖成裂变材料。
图17描绘了示例中子反射体组件1700的俯视示意图。中子反射体组件1700包括两个子组件，一级静态中子反射体子组件1712和二级动态中子反射体子组件1716。在图17中，快能谱中子1706、1714的示例路径由以双箭头终止的线表示，诸如线1708表示示例快能谱中子。在实施方式中，流动的中子反射体组件1700大体上包围从其发出快能谱中子1706、1714的核燃料区域1704。
一级静态中子反射体子组件1712可以包含中子反射体材料。被包含在一级静态中子反射体子组件1712中的中子反射体材料可以是固体、液体或流体中子反射体材料或其组合。一级静态中子反射体子组件1712可以大体上包围燃料区域1704。在另一个实施方式中，一级静态中子反射体子组件1712可以以连续的、分段的和/或模块化的方式部分地包围燃料区域1704。从核燃料区域1704发出的示例快能谱中子1714从一级静态中子子组件1716非弹性地散射(或反射)并且返回到核燃料区域1704，因此增加了燃料区域1704中的增殖性燃料的增殖速率。诸如示例中子1706的其它示例快能谱中子可以穿过一级静态中子反射体子组件1712，并且可以从二级动态中子反射体子组件1716非弹性地散射(或反射)，如下面更详细地说明的。
一级静态中子反射体子组件1712可以被设置为与核燃料区域1704相邻和/或与核燃料区域1704热接触。由于一级静态中子子组件1712相对于核燃料区域1704的定位，一级静态中子反射体子组件1712可能经历暴露于可能造成损坏或磨损的高水平的力。例如，一级静态中子反射体子组件可以暴露于高水平的热量和从核燃料区域1704发出的各种类型的辐射，包括但不限于α粒子、β粒子和/或γ射线。长时间暴露于热和/或辐射可能导致一级静态中子反射体子组件1712在一段时间内遭受过度的结构劣化。因此可以从流动的中子反射体组件1700移除一级静态中子反射体子组件1712。换句话说，一级静态中子反射体子组件可以或其模块化部件可以可滑动地安装到壳体(未示出)以允许选择性地替换子组件，这可以根据定期维护调度或基于一级静态中子反射体子组件1712的定期检查来执行。
图17还示出了二级动态中子反射体子组件1716。二级动态中子反射体子组件1716可以被用于通过利用一定体积的中子反射体材料选择性地填充每个通道1702而增量式地迁移核燃料区域1704中的中子能谱。二级动态中子反射体组件1716可以包括多个耐熔覆层套管1702以传导流动的中子反射体材料穿过其中。在图17中，中子反射体材料朝向观察者向上流动通过耐熔覆层通道1702。在实施方式中，中子反射体材料可以在具有在核燃料区域1704上方的输入和输出端口的通道1702(例如，单元、套管、导管等)中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在核燃料区域1704上方的一个端口和在燃料区域1704下方的另一个端口的通道1702。在又一其他实施方式中，中子反射体材料可以包括流动通过通道1702的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料可以流动通过径向输入和输出端口。
二级动态中子反射体子组件1716与被设置在燃料区域1704的相对侧上的热交换器1710热连通。将认识到的是，动态中子反射体组件和/或热交换器可以在静态反射体子组件内部或被设置在静态反射体子组件中。热交换器1710可以包含循环通过该热交换器的一种或更多种类型的液体冷却剂。当二级动态中子反射体子组件1716与热交换器1710交换热量时，热交换器1710可以作为二级冷却剂回路的一部分将热量传输带离二级动态中子反射体子组件1716。二级冷却剂回路可以将热量供应到发电设备，例如，诸如蒸汽驱动涡轮机。在实施方式中，熔融燃料盐可以向上流动通过核燃料区域1704并且向下流动通过热交换器1710，因此作为一级冷却剂回路的一部分交换热量。换句话说，热交换器可以与熔融燃料盐交换热量并且与通道1702中的流动的中子反射体交换热量。中子反射体材料的流动速率可以被调整为改变与热交换器的接触时间，以改变在通道1702中流动的反射体材料的温度。随着反射体材料的温度变化，其密度相应地改变。由于密度较大的材料具有较高的每单位体积质量，故反射体材料的密度上的变化改变了它的中子反射特性，并且因此更容易反射中子。
图18是具有由中子反射体组件1800所包围的燃料区域1802的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。中子反射体组件包括包围燃料区域1802的内部环形通道1808和外部环形通道1810。内部环形通道1808和外部环形通道1810可以分别包含中子反射体材料1804和1806。中子反射体材料1804，1806在它们各自的中子反射特性或可能影响中子反射体组件的性能的其他性质(粘度、密度、比热值等)方面可以相同或不同。中子反射体材料1804，1806可以倾向于将示例快中子1812反射回到燃料区域1802中。
可以在通道1808，1810中选择性地添加、移除和/或替换中子反射体材料1804，1806，以随时间推移动态地改变中子反射体组件1800的中子反射特性。在一个实施方式中，中子反射体材料1804，1806中的一个或两个可以从它们各自的通道1808，1810中完全移除以改变中子反射体组件1800的中子反射特性。在另一个实施方式中，中子反射体材料1804，1806可以是相同的材料。在又一个实施方式中，中子反射体材料1804，1806可以被选择性地添加、移除和/或替换以在存在增殖性燃料的更大增殖时的反应堆的生命周期开始附近提供较低的中子反射，并且被选择性添加、移除和/或替换以随着反应堆老化且燃耗开始在燃料区域1802中占主导而提供更大的中子反射。在另一个实施方式中，中子反射体材料1804，1806可在通道1808，1810中的一个或两个的内部混合。在又一个实施方式中，中子反射体材料1804，1806中的一个或两个可以随时间推移而被添加到通道1808，1810，以改变两种材料之间的比率并且因此改变组件的中子反射率。如果多于两种中子反射体材料1804，1806在通道1808，1810内部混合，如果需要，则分离器部件(未示出)可以操作为分离材料并且可以以任何合适的方式操作以分离两种或更多种中子反射体材料，该操作包括基于两种或更多种中子反射体材料的化学和物理性质的一种或更多种合适的化学、机械、磁、电、基于时间的处理。在另一个实施例中，经混合的中子反射体材料1804，1806可以通过冲洗操作而被分离。可选地，中子反射体材料1804，1806可以保持在独立的储器(未示出)中，以选择性地将流体供给到通道1808，1810中的一个或两个中。
在实施方式中，中子反射体材料1804，1806可以在具有在燃料区域1802上方的输入和输出端口的通道1808，1810中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料1804，1806可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在燃料区域1802上方的一个端口和在燃料区域1802下方的另一个端口的通道1808，1810。在又一其他实施方式中，中子反射体材料1804，1806可以包括通过通道1808，1810的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料1804，1806可以流动通过径向输入和输出端口。
在另一个实施方式中，通道1808，1810可以选择性地填充不是中子反射体的材料。在一个示例中，通道1808，1810可以填充有中子慢化材料、中子吸收材料或中子半透明材料。在另一个实施方式中，通道1808，1810中的一个或两个可以包括选择性地可插入的体积移置构件1814。体积移置构件1814可以包含中子慢化材料、中子吸收材料或中子半透明材料。在插入体积移置构件1814时，体积移置构件已插入其中的通道中的反射液体1804，1806的体积减小。随着体积减小，通道中剩余的中子反射体材料1804，1806具有经改变的中子反射率特性，并且因此与体积移置构件1814被插入之前相比，反射中子的可能性较小。
图19是具有由中子反射体组件1900所包围的燃料区域1902的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。中子反射体组件包括包围燃料区域1902的内部环形通道1908和外部环形通道1910。内部环形通道1908和外部环形通道1910可以包含中子反射体材料1904。在实施方式中，中子反射体材料1904可以在具有在燃料区域1902上方的输入和输出端口的通道1908、1910中循环，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料1904可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在燃料区域1902上方的一个端口和在燃料区域1902下方的另一个端口的通道1908、1910。在又一其他实施方式中，中子反射体材料1904可以包括通过通道1908、1910的半滞止或蠕变流动。在又一其他实施方式中，中子反射体材料1904可以流动通过径向输入和输出端口。
在一个实施方式中，中子反射体材料1904可以在具有燃料区域1902的反应堆的寿命开始附近的时间段流动通过通道1908、1910。在反应堆随时间推移增殖增殖性燃料时，中子反射体组件1900的有效性会降低，因为增殖的核燃料的库存可能超过燃料反应堆所需要的量。因此，如在图20中所示，可能期望替换中子反射体组件的一部分中的中子反射体材料的一部分，以随时间推挤改变中子反射体组件1900的形状。
图20是是具有由中子反射体组件2000所包围的燃料区域2002的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。在图20中，内部环形通道2008的中子反射体材料内容物被来自燃料区域2002的附加燃料盐选择性地替换。结果，反应堆将会经历更少的中子“泄漏”。示例快中子2012可能继续在通道2010中经历对中子反射材料2006的反射。因此，可以在反应堆的寿命开始附近利用较小体积的燃料盐在反应堆堆芯中启动裂变反应，因为随着反应堆的运行可以增殖更多的裂变燃料材料。附加增殖燃料可以替代通道2008中的一定体积的中子反射体材料。这可以降低操作反应堆的前期成本，并且在使用寿命后期在增殖至少部分地由于构建裂变产物而更具挑战性时增强反应堆的增殖。无论示例快中子2012是从燃料区域2002发出还是从内部环形通道2008发出，中子反射体材料2006可以倾向于将示例快中子2012反射回到燃料盐中。
图21是具有由中子反射体组件2100所包围的燃料区域2102的熔融核燃料盐快反应堆堆芯的俯视示意图。中子反射体组件包括包围燃料区域2102的多个环形通道2104。环形通道2104可以包含多个管2108，该多个管2108包含与燃料区域2102处于中子连通的流动的中子反射体材料2106。在实施方式中，多个管2108是圆柱形管。流动的中子反射体材料2106可以在管2108中循环，该管2108具有在燃料区域2102上方的输入和输出端口，使得在反应堆下方不需要固定装置或端口。在其他实施方式中，中子反射体材料2106可以仅沿向上或向下的方向中的一个方向流动通过具有在燃料区域2102上方的一个端口和在燃料区域2102下方的另一端口的管2108。在又一其他实施方式中，中子反射体材料2106可以包括通过管2108的半滞止或蠕变流动。管2108被布置使得所有管2108的半径不相等。这样，具有变化的半径值的多个管2108可以被设置在通道2104中。在实施方式中，变化半径的管2108可以使中子反射体材料以占据通道2104的横截面面积的80％的横截面面积的体积流动。由于图21中描绘的大量的管2108，故数字未被分配给每个管以提高可读性。本公开应当被理解为表示在通道2104中所示出的每个管是包含中子反射体材料2106的管2108，即使是那些在其中没有被编号的管也是如此。
上述说明书、实施例、以及数据提供结构的完整的描述和本发明的示例性实施方式的用途。因为本发明的许多实施方式可以被做出，而不偏离本发明的精神和范围，所以本发明存在于下文中所附的权利要求中。此外，不同实施方式的结构特征可以在又另一个实施方式中组合，而不偏离所陈述的权利要求。