的变短。燃料管被连续地装入反应堆，检测温度，加入更多的管，以至于完成的燃料管阵列达到设计温度。
[0191]随着反应堆运行和裂变材料被消耗，冷却剂盐填充的燃料管被燃料盐填充的管替换，从而保持燃料盐接近其设计温度。
[0192]槽之上区域由氦气填充与反应堆槽相似直径的腔和5m高。它包含了远程运行起重机装置，其可以去除燃料管或蒸汽管组以及气闸组件，以允许燃料管或蒸汽管组进出该室的移动。氦通过连续地循环和吸收/过滤装置以维持非常低的氧，氮和湿度水平。
[0193]低压“爆裂阀”被并入到带有输送钢冷凝单元的反应堆盖，以允许在反应堆槽内由于爆裂蒸汽管被排出或冷凝导致的任何蒸汽释放，而不是在反应堆槽内累计压力。
[0194]实施例2
[0195]反应堆与实施例1中描述的相似，除了以下。它特别被设计成裂变材料净供给器。
[0196]燃料管由碳化娃纤维/碳化娃复合材料制造，具有Imm厚的壁，每个表面上50 μ m的热解碳涂层。下部部分直径为20mm和上部为10mm。它们被安排在一个中心到中心间距28mm的六边形阵列中。燃料盐是氟化钠、四氟化铀(含有5% 235U和10-20% 233U的铀)和四氟化锆的45/45/10混合物。冷却剂盐是78%的氟化钠和22%四氟化钍的混合物。
[0197]10厘米深的熔融铋层处于反应堆槽底部，栗送设备从反应堆盖悬浮，连续地喷洒铋到在燃料管和蒸汽管之间区域的冷却剂盐的表面。一部分栗送的铋通过将铋冷却到熔点以上50C的冷却系统被转移。沉淀的铀和铋化钍被收集和处理以回收233U。放置在槽底部的金属钍的颗粒确保了铋总是被钍金属所饱和，由此造成铀的还原性提取，铀在冷却剂中通过中子对钍的作用进入到熔融铋层而产生。
[0198]实施例3
[0199]反应堆与实施例1中描述相似，除了以下。其被特别设计以允许维持运行期间不需要更换燃料管。
[0200]代替冷却剂盐的是，20%的最初不包含燃料盐的燃料管被填充70%的天然三氯化铀/5%的四氯化铀/25% NaCl。这导致裂变的低水平以及因此的管内由于铀同位素裂变的热产生，但是相对大的通过238U的中子吸收。这些管与含燃料盐的管的逐步取代因此显著地增加堆芯网络反应性，否则其将下降，因为裂变同位素被耗尽。
[0201]冷却剂盐包含氟化镉，或另外的中子吸收氟化物，反应堆启动时在高达5mol%。随着由于裂变同位素的消耗所致堆芯反应性下降，氟化镉逐步被通过金属钠向冷却剂盐的加入还原为镉金属。镉金属在冷却剂温度下熔融并作为在槽底部的薄层累积。
[0202]实施例4
[0203]反应堆与实施例1中描述的相似，除了以下。它被特别设计成在消耗预先存在的超铀同位素库存的同时允许燃料管更换之间的长的时期，而不产生显著的新的超铀同位素。
[0204]燃料盐含有15-20%的超铀同位素的三氯化物和80-85%的四氯化钍。燃料盐中来自钍的233U的制造不足以维持堆芯反应性，随着裂变材料被消耗，堆芯反应性将在温度上相当快的降低。随着燃料管个体平均温度下降到低于设定的阈值，新的形成于来自冷冻超铀三氯化物的直径5mm芯块形式的裂变材料被周期性加入到每个燃料管。燃料球芯块通过燃料管喷口组件中的机构插入到每个燃料管，以及通过燃料管的螺旋部分下落，直到它们到达在其中溶解并混合的熔融燃料盐。
[0205]虽然本发明已被以如上所述实施方案的形式描述，但应该理解的是，这些实施方案仅仅是说明性的，权利要求书并不被那些实施例限制。本领域技术人员将能够作出修改和替换，从公开内容的角度，其被认为可以预期以落入所附权利要求书的保护范围内。每个公开的或在本说明书中所示的特征都可以被并入本发明，无论单独或与任何其他在此公开或示出的内容一起适当的组合。
[0206]特别地，下列特征被分别或组合地确定，其被与熔盐燃料裂变反应堆一起使用。
[0207]来自熔盐燃料的热传递是通过管内盐的对流或机械搅拌来实现的，即燃料盐不是像常规熔盐反应堆中通过外部栗送或热交换来驱动。
[0208]再生区液体是一种单个槽内对流循环的熔融盐。
[0209]在进料设备中，再生区液体作为冷却剂、中子吸收剂、和反应堆的进料再生区。
[0210]熔融金属的层存在于再生区中，在其中增殖裂变同位素被溶解，由此从再生区提取它们。
[0211]以上列表不是限制性的并且本领域技术人员应当理解，上述公开的其它特征可以被单独或与其他特征结合使用。
[0212]任何具体的材料、浓度、尺寸、或其他反应堆特定的性质的讨论都被视为示例性且非限制性的，并且本领域技术人员将认识到，其他合适的材料、浓度和尺寸在该本发明的范围将成为可能D
【主权项】
1.一种核裂变反应堆，所述反应堆包括堆芯，冷却剂液体的池，以及用于从所述冷却剂液体提取热的热交换器，其中: 所述堆芯包括中空燃料管的阵列，每个中空燃料管包含一种或多种裂变同位素的熔盐，燃料管阵列至少部分地浸没在所述冷却剂液体的池中，所述燃料管阵列包括临界区，所述临界区中在所述反应堆运行期间所述裂变同位素的密度足以引发自维持裂变反应；其中从每个燃料管中的熔盐至该管的外部的热传递通过下列方式的任何一种或多种实现: 所述熔盐的自然对流； 所述熔盐的机械搅拌； 所述燃料管内的振荡熔盐流动；和 所述燃料管内的所述熔盐的沸腾； 并且其中所述裂变同位素的熔盐在反应堆运行期间被完全容纳在所述燃料管内。2.根据权利要求1所述的反应堆，其中每个燃料管包括设置成将所述管的至少一部分分成节段的内部挡板。3.根据权利要求2所述的反应堆，其中每个节段具有相同数量级的高度和直径以促进节段内的对流。4.根据权利要求2或3所述的反应堆，其中所述内部挡板可相对所述燃料管移动，以对所述管内的熔盐赋予振荡力。5.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中每个燃料管的直径为至少5mm。6.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中每个管是U形的，并且通过对所述管的一端或两端施加振荡气体压力而产生每个管内的振荡燃料盐流动。7.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述管的一个或多个以微度螺旋状物的形式形成。8.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中每个管的上部是非线性的。9.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中每个管包括温度传感器，所述温度传感器配置为通过下列的任一项来确定裂变材料的熔盐的温度: 从所述裂变材料的熔盐发出的光的性质； 所述裂变材料的膨胀量； 所述管内的气柱的声波共振频率。10.根据任一前述权利要求所述的反应堆，所述反应堆被设置为允许在所述反应堆运行期间所述裂变同位素的熔盐的有限沸腾。11.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述冷却剂液体含有足够比例的中子吸收材料，以充分保护所述液体的容纳槽免受由所述堆芯发射的中子的影响。12.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述冷却剂液体是包含在单个槽内的熔融金属盐，并且所述冷却剂液体的循环仅由自然对流驱动。13.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述冷却剂液体含有增殖同位素，所述增殖同位素在中子通量下产生再生裂变同位素。14.根据权利要求13所述的反应堆，其中所述反应堆包括与所述冷却剂液体接触的熔融金属的层，所述熔融金属使得所述再生裂变同位素在所述熔融金属中可溶，所述反应堆还包括用于提取所述熔融金属的系统。15.根据权利要求14所述的反应堆，所述反应堆包括用于循环所述熔融金属以将其从所述熔融金属的层提取并且作为喷雾或多列方式再引入到所述冷却剂液体，其中所述熔融金属在再引入之前被传递到所述热交换器。16.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述热交换器包括在所述冷却剂液体内的管的阵列，所述管包含循环通过管阵列的液体和/或气体，其中所述液体和/或气体是下列中的任一种: 水； 蒸汽； 水和蒸汽； 氦； 二氧化碳； 空气； 氮； 熔融的金属或金属盐。17.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述燃料管由下列各项的任一种形成: 钼合金； 纯钼； 碳复合材料；和 碳化娃。18.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述堆芯还包含中子慢化材料。19.根据权利要求17所述的反应堆，其中所述中子慢化材料安置在所述燃料管的阵列内的慢化剂管中。20.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中燃料管的数量密度向所述燃料管的阵列的中心减少。21.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述燃料管内的裂变同位素和/或增殖同位素的浓度向所述燃料管的阵列的外部增加。 21.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述燃料管含有与燃料管材料和裂变元素之间的卤素中间体具有反应性的金属。22.根据任一前述权利要求所述的反应堆，其中所述裂变同位素的熔盐包含所述裂变同位素的三卤化物。23.—种运行核裂变反应堆的方法，所述核裂变反应堆包括堆芯，冷却剂液体的池和热交换器，所述堆芯包括中空燃料管的阵列，每个中空燃料管包含一种或多种裂变同位素的熔盐，燃料管阵列至少部分地浸没在所述冷却剂液体的池中并且包括临界区，所述临界区中在所述反应堆运行期间所述裂变同位素的密度足以引发自维持裂变反应；所述方法包括: 将所述熔盐完全容纳在所述燃料管内； 使用下列方式的一种或多种，将热从每个燃料管中的所述熔盐传递到该管的外部，并且进而传递到所述冷却剂: 所述熔盐的自然对流； 所述熔盐的机械搅拌； 所述燃料管内的振荡熔盐流动；和 所述燃料管内的所述熔盐的沸腾；和 使用所述热交换器从所述冷却剂提取热。
【专利摘要】一种核裂变反应堆，其包括堆芯、冷却剂液体的池和热交换器。堆芯包括含有裂变同位素的熔盐的中空管的阵列。管阵列至少部分地浸没在冷却剂液体的池中。管阵列包括临界区，在所述临界区中，在反应堆运行期间裂变同位素的密度足以引发自维持裂变反应。从裂变同位素的熔盐到管的热传递通过下列方式的任何一种或多种实现：所述熔盐的自然对流；所述熔盐的机械搅拌；和所述管内的振荡熔盐流动。所述裂变同位素的熔盐在反应堆运行期间被完全容纳在所述管内。
【IPC分类】G21C3/54, G21C1/22, G21C3/24
【公开号】CN105027224
【申请号】CN201480010226
【发明人】伊恩·理查德·斯科特
【申请人】伊恩·理查德·斯科特
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2014年2月19日
【公告号】CA2902046A1, WO2014128457A1