一种加速器驱动次临界气冷反应堆的制作方法

本发明创造属于核反应堆设备技术领域，尤其是涉及一种加速器驱动次临界气冷反应堆。

背景技术：

核能是未来不可替代的能源之母，生产中核能能带来巨大的功效，随着社会的发展，现有的传统核能技术越来越不能满足社会多元化的需求。这就需要不断的研发和设计新型的核反应堆以满足社会多元化的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种加速器驱动次临界气冷反应堆，以提出一种新型架构的核反应堆。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种加速器驱动次临界气冷反应堆，包括压力壳，压力壳内部设置支撑板，支撑板将压力壳内部的空腔分割为上腔室和下腔室，上腔室内支撑板的上侧设置有堆芯，堆芯与压力壳之间留有间隙，堆芯下方的下腔室内设置有出气室，出气室以外的下腔室为进气室，出气室与进气室相互独立，下腔室的压力壳的侧壁设置有热气导管，热气导管包括内筒和外筒，外筒与内筒之间设置有空隙，内筒将出气室与压力壳外部连通，外筒与内筒之间的空隙将进气室与压力壳外部连通；

出气室内的支撑板上开有通孔，通孔将堆芯与出气室连通，堆芯与压力壳内壁之间的支撑板上开有通孔，通孔将进气室与上腔室连通，重金属靶贯穿件的下端伸入到上腔室内依次穿过堆芯、出气室、进气室后穿出压力壳。

进一步的，所述重金属靶贯穿件与堆芯同轴心。

进一步的，靠近重金属靶贯穿件且包围着重金属靶贯穿件的堆芯为快中子反应区，快中子反应区外围的堆芯为热中子反应区，热中子反应区外围的堆芯为功率调节区，功率调节区外围的堆芯为反射层。

进一步的，所述快中子反应区内装有乏燃料或者可裂变燃料，热中子反应区内装有u-235易裂变材料。

进一步的，所述堆芯从上到下设置有7～11层，最上层和最下层分别为反射层。

进一步的，所述压力壳的上端设置有控制反应堆功率的控制棒，控制棒的下端伸入到堆芯的功率调节区。

进一步的，所述压力壳的上端设置有用于投入吸收球的吸收球通道，吸收球通道的下端伸入到堆芯的功率调节区。

进一步的，堆芯内部的重金属靶贯穿件内设置有重金属靶，重金属靶上方的重金属靶贯穿件内部设置有用于加速质子的线圈。

进一步的，靠近堆芯下端的重金属靶贯穿件内设置有重金属靶，重金属靶为铅铋共熔体材料制成的重金属靶。

进一步的，所述压力壳包括上封头和下封头，上封头和下封头之间通过法兰固接，堆芯、出气室、进气室分别设置在下封头内，吸收球通道、控制棒分别设置在上封头上。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种加速器驱动次临界气冷反应堆具有以下优势：

(1)本发明创造结构简单，实用性强，可以用于发电、乏燃料处理和u235等易裂变核原料的生产，采用次临界形式反应，具有固有的安全性和可靠性；

(2)本发明创造设置有两道停堆系统，安全性和可靠性更高；

(3)本发明创造的重金属靶贯穿件内部设置有用于给质子加速的线圈，可以大大提高质子的速度，轰击靶心产生更多的中子。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的堆芯的结构示意图。

附图标记说明：

1、压力壳；101、上封头；102、下封头；2、支撑板；3、重金属靶贯穿件；31、重金属靶；4、热气导管；401、内筒；402、外筒；5、堆芯；51、快中子反应区；52、热中子反应区；53、功率调节区；54、反射层；6、控制棒；7、吸收球通道；a、上腔室；b、出气室；c、进气室。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1、2所示，一种加速器驱动次临界气冷反应堆，包括压力壳1，压力壳1内部设置支撑板2，支撑板2将压力壳1内部的空腔分割为上腔室a和下腔室。上腔室a内支撑板2的上侧设置有堆芯5，堆芯5与压力壳1之间留有用于冷却剂流过的间隙。堆芯5的正下方的下腔室内设置有出气室b，出气室b以外的下腔室为进气室c，出气室b与进气室c由隔板隔开且相互独立。下腔室的压力壳1的侧壁设置有热气导管4，热气导管4通过螺栓连接到压力壳1的侧边上。热气导管4包括同轴心的内筒401和外筒402，外筒402通过螺栓固接在压力壳1上。外筒402与内筒401之间设置有用于冷却剂流过的空隙，内筒401将出气室b与压力壳1外部连通，外筒402与内筒401之间的空隙将进气室c与压力壳1外部连通。出气室b内的支撑板2上开有通孔202，通孔202将堆芯5与出气室b连通，堆芯5与压力壳1内壁之间的支撑板2上开有通孔202，通孔202将进气室c与上腔室a连通。压力壳1设置成上、下贯通的结构，用以安装重金属靶贯穿件3。重金属靶贯穿件3的下端伸入到上腔室a内且依次穿过堆芯5、出气室b、进气室c后穿出压力壳1。重金属靶贯穿件3、堆芯5、出气室b、压力壳1均同轴心。

靠近重金属靶贯穿件3且包围着重金属靶贯穿件3的堆芯5为快中子反应区51，仅有重金属靶31周围6个六边形孔道内为快中子反应区51，快中子反应区51内装有乏燃料或者其他可裂变燃料。快中子反应区51外围的堆芯5为热中子反应区52，热中子反应区52内装有u-235易裂变材料。热中子反应区52外围的堆芯5为功率调节区53，功率调节区53外围的堆芯5为反射层54。快中子反应区51和热中子反应区52分别发生快中子反应和热中子反应，功率调节区53可以插入控制棒6和吸收球对反应堆功率进行调节，反射层54用来屏蔽中子，同时起到内外冷却剂的隔热作用。堆芯5从上到下设置有7～11层，最上层和最下层分别为反射层54，用以防止中子辐射出压力壳1。

压力壳1的上端设置有控制反应堆功率的控制棒6，控制棒6的下端伸入到堆芯5的功率调节区53。压力壳1的上端还设置有控制反应堆功率的吸收球通道7，吸收球通道7的下端伸入到堆芯5的功率调节区53。吸收球通道7构成反应堆的第二道停堆系统，在控制棒6失效的情况下可以向堆芯5释放吸收球，吸收球吸收中子后达到反应堆停堆的目的。控制棒6和吸收球通道7均匀间隔设置。支撑板2的圆周侧设置有环形台阶，环形台阶可以增加焊接面积，提高焊接强度。

堆芯5内部的重金属靶贯穿件3内设置有重金属靶31，重金属靶31设置在靠近堆芯5下端的重金属靶贯穿件3内，重金属靶31为铅铋共熔体材料制成的重金属靶31。重金属靶31上方的重金属靶贯穿件3内部设置有用于加速质子的线圈，线圈可以产生磁场为质子加速。

压力壳1包括上封头101和下封头102，上封头101和下封头102之间通过法兰固接，堆芯5、出气室b、进气室c分别设置在下封头102内，吸收球通道7、控制棒6分别设置在上封头101上,上封头101上还设置有必要的测量传感器。

本发明创造的工作原理：

(1)重金属靶贯穿件3内包含线圈，线圈产生的磁场对重金属靶贯穿件3的轨道内运动的质子进行加速，质子获得足够的能量后，撞击到由铅铋共熔体构成的重金属靶31上，重金属靶31产生中子向四周辐射。

(2)中子从重金属靶31释放后首先达到快中子反应区51，快中子反应区51装有乏燃料或者其它可裂变燃料，中子达到此区时能量较高，激发乏燃料嬗变或者导致其它可裂变燃料发生反应；一部分能量较低的中子到达热中子反应区52，热中子反应区52装有u-235等易裂变材料，引发此区热中子发生反应；中子达到外围反射层54或者堆芯5的上、下两层反射层时被反射以阻止达到外界，从而保持压力壳1外具有较低的辐射水平。

(3)本发明创造中的二回路冷却剂选择氦气，堆芯5发生反应的同时，高温氦气作为冷却剂由热气导管4的外筒402和内筒401之间的空隙进入进气室c，氦气穿过支撑板2流入上腔室a，然后从堆芯5的上部进入堆芯5内，从上至下的对堆芯5进行冷却，最后进入出气室b后由热气导管4的内筒401流出，完成反应堆的冷却。

(4)反应堆的功率调节是通过控制棒6实现的，反应堆通过控制控制棒6伸入堆芯5的长度从而对堆芯5的功率进行调节，控制棒6完全插入堆芯5时，反应堆停止运行；当控制棒6失效时，采用第二套冷却系统，将吸收球从吸收球通道7流入堆芯5，吸收球吸收中子后对反应堆进行紧急停堆。

本发明创造是以乏燃料为燃料，通过加速质子轰击靶材料激发高能中子，与乏燃料或者其他可裂变核原料反应，从而对核废料进行嬗变的一种核能系统。加速器驱动次临界反应堆有望成为处理核废料一种极有潜力的方法，也是一种生产易裂变核原料的有效手段。此外，反应堆也可以输出一定功率，可以实现核废的处理和发电双重目的。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。