一种模块化行波反应堆的制作方法

1.本发明涉及核能利用技术领域，尤其是涉及一种模块化行波反应堆。


背景技术：

2.行波反应堆是一种通过嬗变将不可裂变材料转变为可裂变核材料，从而利用这些材料的裂变来发电的一种反应堆设计。行波反应堆可以直接使用贫化铀、天然铀、钍和轻水堆产生的核废料作为燃料。理论上，行波反应堆甚至可以使用其自身产生的乏燃料作为燃料。如果行波反应堆普及，就可以免除铀浓缩和乏燃料再处理等环节，大大降低核能的成本和环境风险。在行波反应堆中，裂变集中发生在裂变区，而不是整个堆芯。这个裂变区会从堆芯中心向外扩散，就像水波一样向外运动，行波反应堆由此得名。理论上，一次装料后，行波反应堆可以自持运行几十年，不需要添加新燃料，也不需要清除乏燃料。
3.当前，行波反应堆的研究还处于行波原理的论证阶段，如何设计一种能切实投入使用的行波反应堆成为一项亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化行波反应堆及组装方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种模块化行波反应堆，该行波反应堆包括模块化分散形式的启动源模块和新燃料模块，模块间通过沿轴向贯穿的多根热管组装，所述的热管用于将热量导出。
7.优选地，所述的启动源模块和新燃料模块分别设有用于安装热管的安装孔。
8.优选地，所述的热管预埋于新燃料模块中，对应地，所述的启动源模块中设有用于插入热管的对接孔。
9.优选地，所述的热管均匀分布在行波反应堆中。
10.优选地，所述的启动源模块沿径向包括启动源内层和启动源外层，所述的启动源内层设置中子源材料，所述的启动源外层为中子屏蔽层。
11.优选地，所述的新燃料模块沿径向包括新燃料内层和新燃料外层，所述的新燃料内层填充可转化材料，所述的新燃料外层为中子屏蔽层。
12.优选地，所述的启动源模块和新燃料模块等截面对接。
13.优选地，该行波反应堆的存储方式为：将启动源模块和新燃料模块按照不同防辐射等级分开存储，所述的启动源模块的防辐射等级高于新燃料模块的防辐射等级。
14.优选地，该行波反应堆的安装方式为：
15.首先，将安装有热管的新燃料模块置于防护密封罐体中并运输至组装场地，所述的防护密封罐体两端分别设有开合式法兰密封头；
16.然后，打开防护密封罐一端的法兰密封头，将新燃料模块与所述的启动源模块通过热管对接，对接完成后关闭法兰密封头；
17.最后，打开防护密封罐另一端的法兰密封头，在该端热管上对接设有穿孔的辐射隔离盘，所述的热管从辐射隔离盘的穿孔中引出，在热端末端安装热电或换热模块，安装完成后关闭法兰密封头。
18.优选地，行波反应堆的安装在防护空间中通过自动化机械完成。
19.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
20.(1)本发明计对行波反应堆进行模块化设计，将辐射较弱，防护要求较低的新燃料和热管和其它的堆内构件一体安装，并装入密封罐体内，可在一般民用级别运输工具内实现水陆空运输，抵达使用场地，并先期和用电或用热的二级系统进行联试联调，而辐射较强，防护要求高的启动源模块，则可随后打开密封罐体，通过自动机械，与新燃料模块通过贯穿的多根热管沿行波方向同轴组装连接对接。
21.(2)本发明行波反应堆的堆芯材料分为低放射性和高放射性两个模块运输和存储，在使用前进行组装，降低了核安全的防护要求；在行波反应堆中设计了采用热管传递堆芯热量，输热方案简单可靠。
附图说明
22.图1为本发明行波反应堆组装前的结构示意图；
23.图2为本发明新燃料模块运输过程的状态示意图；
24.图3为本发明行波反应堆组装后的状态示意图。
25.图中，1为启动源模块，2为新燃料模块，3为热管，4为防护密封罐体。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例提供一种模块化行波反应堆，该行波堆是10mwe及以上级别的小型模块化核反应堆。行波反应堆包括模块化分散形式的启动源模块和新燃料模块2，模块间通过沿轴向贯穿的多根热管3组装，热管3用于将热量导出，启动源模块和新燃料模块2等截面对接。
29.其中，启动源模块用于发射中子流，可使其附近的新燃料模块2吸收中子发生核转化反应，积累易裂变核素以发生核临界反应，新燃料模块2含有大量能通过核转化反应生成易裂变核素的材料，能使核临界反应持续下去，形成临界行波。
30.启动源模块和新燃料模块2等可设为圆柱状结构，主要包括不锈钢材料包覆的cf或po-be等常见的中子源材料，而新燃料模块2则主要由不锈钢包覆可转化材料如u238等，启动源模块和新燃料模块2沿径向均可分为内层和外层，内层分别填充上述有效材料(启动源模块的内层填充中子源材料，新燃料模块2的内层填充可转化材料)，各模块的外层为中子屏蔽层，使中子流主要沿轴向传输，在新堆启动时，启动源在其径向外层，轴向最外端都是由中子反射层覆盖、引导中子流延轴向向新燃料模块2注入，使最邻近的新燃料模块2大量核素转化成易裂变核素，从而进入核临界状态，发生核裂变反应释放大量中子，继续使得
新燃料模块2中核临界区域轴向远离启动源侧大量核素转化成易裂变核素，可以形成连续的增殖波(核转化反应产生大量的易裂变材料)，临界波在轴向往远离启动源模块1侧依次的传递。这样整个行波堆可以持续不断的提供裂变能，再通过核热或核电的转化，提供热能或电力。
31.启动源模块和新燃料模块2分别设有用于安装热管3的安装孔。另一种优选方式为热管3预埋于新燃料模块2中，对应地，启动源模块中设有用于插入热管3的对接孔。多跟热管3均匀分布在行波反应堆中，实现能量的均匀导出。
32.启动源模块沿径向包括启动源内层和启动源外层，启动源内层设置中子源材料，启动源外层为中子屏蔽层。新燃料模块2沿径向包括新燃料内层和新燃料外层，新燃料内层填充可转化材料，新燃料外层为中子屏蔽层。
33.该行波反应堆的存储方式为：将启动源模块1和新燃料模块2按照不同防辐射等级分开存储，所述的启动源模块1的防辐射等级高于新燃料模块2的防辐射等级，从而保证了存储安全性，也降低了存储成本。
34.该行波反应堆的安装方式为：
35.首先，将安装有热管3的新燃料模块2置于防护密封罐体4中并运输至组装场地，防护密封罐体4两端分别设有开合式法兰密封头，如图2状态所示；
36.然后，打开防护密封罐一端的法兰密封头，将新燃料模块2与启动预源模块1通过热管3对接，对接完成后关闭法兰密封头；
37.接着，打开防护密封罐另一端的法兰密封头，在该端热管3上对接设有穿孔的辐射隔离盘，热管3从辐射隔离盘的穿孔中引出，在热端末端安装热电或换热模块，安装完成后关闭法兰密封头，如图3状态所示。
38.上述行波反应堆的安装在防护空间中通过自动化机械完成。
39.本发明行波堆具有如下设计要点：
40.(1)模块化堆芯设计
41.利用行波堆运行特点，将堆芯分为高辐射的启动源区和低辐射的新燃料区。新燃料置于有辐射防护性能的防护密封罐体4内，可方便安全的转运到任何需要电力或热能的场所。
42.(2)安全和自动控制
43.只有当启动源区和新燃料区对接后，才可能发生核反应，释放辐射，产生热能；保证了该堆运输和维护的安全性，而且行波由于核反应自发产生，不需要外加干预，能自持和自动控制。
44.上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。