一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆的制作方法

本发明属于核工程与核技术领域，特别是涉及一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆。

背景技术：

现有液态燃料核反应堆使用液态可裂变物质做为燃料，产生热能，直接转化为液态燃料物质的内能，并在由泵驱使下受迫循环，或在重力参与作用下自然循环，将燃料物质的内能传递给冷却物质，进而再转换为可用的动能或电能。但是液态燃料热管核反应堆存在明显问题，即在无重力条件下无法实现自然循环，要么面临失效，要么只能依赖由泵驱动的受迫循环。一旦循环泵出现故障，核反应堆将面临无法充分散热而失效的风险。或者在严重外界影响下，如剧烈摇摆、晃动，液态燃料在堆芯内难以维持稳定形态，无法提供稳定功率。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆，它包括反应堆堆芯、固定基座、散热装置、中央通道和液态燃料，所述反应堆堆芯围绕固定基座中心轴呈环形布置，所述反应堆堆芯中心为中央通道，所述中央通道内通入冷却流动工质，所述反应堆堆芯采用的燃料介质为液态燃料，所述散热装置数量为若干个，所述若干个散热装置沿反应堆堆芯径向分布形成散热层，所述多个散热层沿反应堆堆芯轴向布置，所述散热装置插入液态燃料内部分为加热段，所述散热装置位于中央通道内部分为冷却段，所述核反应堆工作时围绕中心轴旋转。

更进一步的，所述核反应堆的旋转通过外部旋转机构驱动。

更进一步的，所述核反应堆的旋转通过冷却流动工质驱动，所述多个散热层沿反应堆堆芯轴向呈螺旋状排布。

更进一步的，所述核反应堆横向或竖向放置。

更进一步的，所述液态燃料为液态熔盐材料或液态金属材料。

更进一步的，所述核反应堆工作时反应堆堆芯在固定基座内围绕中心轴旋转或反应堆堆芯和固定基座共同围绕中心轴旋转。

更进一步的，所述冷却流动工质为压缩气体。

更进一步的，所述冷却流动工质入口端和出口端均采用旋转接头与中央通道相连。

更进一步的，所述热管之间通过栅板相连。

更进一步的，所述散热装置为热管或鳍片散热片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明工作时，核反应堆将在外部旋转机构或冷却流动工质的驱动下围绕中心轴进行旋转，为液态燃料循环提供惯性力，实现流体不依赖重力进行流动，克服外界环境的影响，在海洋或不同重力的条件下，液态燃料能够维持稳定形态，提供稳定的功率分布，同时在热管、鳍片散热片、栅板等位于液态燃料中结构的搅浑作用下实现温度的均匀化。

附图说明

图1为本发明所述的热管呈螺旋排布的液态燃料核反应堆结构示意图

图2为本发明所述的热管呈螺旋排布的液态燃料核反应堆周期轨迹示意图

图3为本发明所述的散热装置为热管的核反应堆结构示意图

图4为本发明所述的散热装置为鳍片散热片的核反应堆结构示意图

1-固定基座，2-反应堆堆芯外周，3-热管，4-中央通道，5-液态燃料，6-鳍片散热片

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-4说明本实施方式，一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆，其特征在于：它包括反应堆堆芯、固定基座1、散热装置3、中央通道4和液态燃料5，所述反应堆堆芯围绕固定基座1中心轴呈环形布置，所述反应堆堆芯中心为中央通道4，所述中央通道4内通入冷却流动工质，所述反应堆堆芯采用的燃料介质为液态燃料5，所述散热装置3数量为若干个，所述若干个散热装置3沿反应堆堆芯径向分布形成散热层，所述多个散热层沿反应堆堆芯轴向布置，所述散热装置3插入液态燃料5内部分为加热段，所述散热装置3位于中央通道4内部分为冷却段，所述核反应堆工作时围绕中心轴旋转。

本实施例所述惯性力为核反应堆旋转过程中产生的离心力，核反应堆可以横向或竖向放置，液态燃料为液态熔盐材料或液态金属材料，在工作时反应堆堆芯在固定基座1内围绕中心轴旋转或反应堆堆芯和固定基座1共同围绕中心轴旋转，反应堆堆芯在旋转产生的离心力作用下，液态燃料5向外侧聚集，气体向堆芯内周附近聚集，避免核反应堆静止时气体聚集在反应堆一侧或无重力环境下气泡留存在液态燃料5中的现象。在内周附近形成未满区域，供液态燃料5膨胀或产生裂变气体时作为缓冲区。散热装置3内液态金属更易返回反应堆堆芯内，同时散热装置3内金属蒸气更易向冷却段聚集，这样可以加强散热装置3的导热能力。

核反应堆的旋转通过外部旋转机构驱动或通过冷却流动工质驱动，当由外部旋转机构驱动时，核反应堆与外部旋转机构相连，通过外部旋转机构的旋转带动核反应堆旋转；当由冷却流动工质驱动时，多个散热层沿反应堆堆芯轴向呈螺旋状排布，每个与中心轴垂直的散热层与下一个散热层散热层错开一定角度，在一定距离后完成一个周期。在这样的排布下，中心通道4内的散热装置3可形成螺旋状通道。在中心通道4中通入压缩气体或其他冷却流动工质，冷却流动工质在中心通道4内前进会推动呈螺旋状排布的热管带动反应堆堆芯旋转，在此过程中冷却流动工质消耗动能，与此同时冷却流动工质被中心通道4内散热装置3冷却段加热，体积膨胀，温度升高，可以具有更高的动能和内能，引出后可以参与能量转换循环。

冷却流动工质入口端和出口端均采用旋转接头与中央通道4相连，旋转接头一端与中央通道4相连，另一端与固定管道相连，冷却介质管道分成多束，分别参与多个能量转换循环。散热装置3的分布密度根据情况而定，散热装置3之间通过栅板相连，提高结构强度，搅浑液态燃料5，提高液态燃料5内部的换热，促进温度的均一化。所述散热装置3为热管或鳍片散热片6或其他主动、被动换热方式作为反应堆堆芯散热方式。

以上对本发明所提供的一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

技术总结
本发明提出了一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆，属于核工程与核技术领域，特别是涉及一种通过惯性力实现工作的液态燃料核反应堆。解决了现有核反应堆在无重力条件下无法实现自然循环，液态燃料在堆芯内难以维持稳定形态的问题。它包括反应堆堆芯、固定基座、散热装置、中央通道和液态燃料。它主要用于在无重力条件下或严重外界影响下的液态燃料核反应堆。

技术研发人员：王翔;徐新生;张睿淳;周雨锋;高全燚;王和亮
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2019.04.11
技术公布日：2019.06.04