本公开涉及用于从核反应堆移除热量的完全被动机制。
背景技术：
由于放射性裂变产物的继续衰变，核反应堆在关闭后继续产生大量热量。必须消除这种衰变热量，否则反应堆将升温到堆芯可能熔化而产生重大放射性事件的程度。这个功能非常关键，以至于多个冗余系统被设计到反应堆中，以使故障难以置信。
理想的热量消除系统不依赖于热量可以被转移到的散热器，其在能力上是有限的或可能变得无法获取。理想的散热片是具有基本无限能力的大气。然而，在不使用有源系统的情况下，将如此大量的热量转移到大气中的难度是相当大的，使得只有非常小的反应堆已经被设计成具有这种完全被动的热量消除系统。
使用熔盐或熔融金属冷却的反应堆可以安全地加热至超过700℃的温度而没有危险。这些高温使得利用通过反应堆容器本体的辐射热发射作为主要的热损失机制成为可能。已经提出了这种机制用于熔盐反应堆(例如，如http：//thorconpower.com/design/passive-decay-heat-cooling中所公开的)。这种方法适用于这种反应堆，因为它不能用于较低温度的水基反应堆，因为辐射热发射随着绝对温度的四次方增加。因此，高温反应堆比低温反应堆发射更多的辐射热量。
如果反应堆在地面以上并向大气开放，则辐射的热量将简单地消散到远处。然而，出于安全原因，这种布置是没有吸引力的，并且大多数现代反应堆都设计成坐落在地下坑中，或者至少被厚厚的外壳包围。因为辐射热无法逸出，那么挑战是如何处理辐射热。在上面提到的thor-con反应堆中，在包括反应堆的发射井的壁中的冷水循环系统被使用以消除热量。然而，该过程容易遭受与其他水基应急冷却系统相同的失败风险。
在反应堆容器外表面上的来自大气的空气的对流流动已经被提出作为被动冷却系统
(http：//gehitachiprism.com/what-is-prism/how-prism-works/)。然而，这要求与反应堆堆芯的尺寸和功率相比存在非常大的反应堆容器，因为空气对流是相对低效的热量消除系统，具有通常每度每平方米20瓦的能力。将散热片连接至容器的外部的可以提高性能，但不允许紧凑高功率反应堆的被动冷却。这种散热片此后称为厚散热片，反映出它们必须相对较厚以允许沿着散热片的显着的热传导这一事实，特别是当厚散热片的材料是高温钢时，诸如具有低的热传导率的不锈钢316。
因此保持对于完全被动的热量消除系统的需要，与简单地通过在具有或不具有散热片的容器上的对流来实现相比，该系统能够从核反应堆容器显著地消除更多的热量。
技术实现要素：
对流空气流动和辐射热量损失的热量消除优势可以被结合起来，以获得比任何机制单独都高得多的热量消除功率。来自反应堆容器本体的辐射热量被吸收到大的表面区域的辐射吸热结构上，热量然后通过自然对流气流动从该大的表面区域的辐射吸热结构消除。为了方便起见，这些通用的大的表面区域的辐射吸热结构在下文中称为薄散热片，反映了它们不需要传导热量并因此可以任意薄的事实。
根据第一方面，提供了一种核裂变反应堆。核裂变反应堆包括堆芯、围绕堆芯的容器以及位于容器的外部的冷却系统。该冷却系统包括被配置为吸收从容器的外壁发射的热辐射的一个或多个结构。除了辐射之外，该结构基本未热耦合到容器。冷却系统还包括冷空气入口和热空气出口，定位成使得空气在一个或多个结构的上方、周围和/或通过一个或多个结构从冷空气入口流动至热空气出口。
本发明的另外的实施例在权利要求2等中限定。
附图说明
图1示出了根据一个实施例的反应堆。
具体实施方式
附图中的附图标记如下：
1.反应堆容器
2.燃料管道
3.燃料组件(包括燃料管道2)
4.燃料组件上盖
5.支撑框架
6.热交换器
7.栅格(用于支撑燃料组件)
8.热空气管道
9.冷空气管道
10.周围的钢筋混凝土外壳
11.起重机结构
12.起重机小车和吊钩(用于移动燃料组件)
13.“薄散热片”-热辐射吸收结构
14.穿孔的分隔器
15.热空气出口
16.冷空气入口
图1示出了在其地下坑或外壳10中的示例性反应堆的横截面。冷空气在壳体10的壁和将壳体壁与反应堆容器1分开的分隔器14之间向下流动。在容器底部处的这个分隔器中的穿孔允许空气进入容器壁和分隔器之间的空间8。该空气通过对流上升并吸收热量，部分地从反应堆容器1的热壁和任何相关的厚散热片，但是主要是从一组薄散热片13，该组薄散热片13在热传导方面基本与容器壁分离。薄散热片被方便地连接到分隔器14，但是可以在空间8内是松动的或者甚至可以连接到容器1上(尽管从容器到薄膜的热传导将是最小的)。
这些薄散热片13的设计使得来自反应堆容器壁的辐射热在大面积薄散热片上被吸收。这可以通过几何形状和发射率控制的结合来实现。几何形状被设置使得在薄散热片上的每一点具有如实际情况的类似的反应堆容器壁的区域的直接视图，使得到薄散热片的全部区域的直接辐射热转移被实现。没有几何形状可以完全实现这一点，所以在几何形状因素单独不足以实现所需的热损失的情况下，第二种机制是设置薄散热片的反射率和发射率，使得大量的入射辐射热被反射或重新发射，以便它可以在较少直接暴露于反应堆容器壁的情况下通过薄散热片区域。其中热的这种再辐射被需要的合适发射率是在0.3至0.8的范围内。
反应堆容器壁和可选的与其连接的常规厚散热片的发射率很高，以使辐射热发射最大化。发射率优选大于0.5。风化、磨蚀或未抛光的不锈钢是合适的，给予辐射率范围为0.54至0.85，但表面黑化可提供0.95或更高的辐射率。
上升的空气从薄散热片的这个较大区域获取热量，使得来自反应堆壁的大部分辐射热量被转移到空气流中。热空气出口15上的烟囱可选地用于增加驱动空气流的通风。
薄散热片不需要与反应堆容器进行物理接触，因为到薄散热片的热量的热传导的意义不大。然而，接触是被允许的并且对于机械稳定性可能是有利的。如果薄散热片，例如，是处于薄金属的连续螺旋的形式，那么这些螺旋也可以用于部分地支撑和提供对于反应堆容器的震动阻尼。
该布置不仅用作反应堆容器的排热机制，而且还为壳体10的墙壁提供冷却。该墙壁通常具有混凝土结构，并且必须保持在相对较低的温度下，以便混凝土不会随着时间而退化。冷空气的流动提供了连续的冷却。然而有利的是，分隔器不会将从反应堆容器吸收的热量辐射到混凝土壁。这可以通过在分隔器的面向混凝土壁的侧面上提供一层绝缘材料或通过确保分隔器具有非常低的辐射率(＜0.1)来实现，诸如是用于抛光不锈钢的情况。在分隔器被穿孔的情况下，可能有利的是提供具有挡板的穿孔，以防止热量通过穿孔从容器壁直接地辐射到混凝土壁。
这种与空气对流耦合的辐射热量转移系统具有进一步的优点。在使用简单的热传导之后进行空气对流作为热损失系统的情况下(对于焊接到容器上的传统的厚的散热片将是这种情况)，热损失大致与容器的温度成比例。这意味着在反应堆运行时，大量的热量不断流失。然而，在辐射热量转移是主要机制的地方，辐射热量与容器温度的四次方成正比。结果，在反应堆冷却系统出现故障并且反应堆正在其工作温度以上加热的紧急情况下，随着反应堆温度升高，热损失率迅速上升。这允许对应急热损失的持续的更有利的平衡。
虽然为了方便起见，吸收来自反应堆容器的热辐射的结构在本文中被称为“薄散热片”，但是应该认识到，只要除了辐射之外结构是基本上未热耦合到容器，结构的厚度和类似散热片的结构都不是必需的。特别地，分隔器本身可以用作吸收热辐射的结构，或者作为几个这样的结构之一。