的變短。燃料管被連續地裝入反應堆，檢測溫度，加入更多的管，以至于完成的燃料管陣列達到設計溫度。
[0191]隨著反應堆運行和裂變材料被消耗，冷卻劑鹽填充的燃料管被燃料鹽填充的管替換，從而保持燃料鹽接近其設計溫度。
[0192]槽之上區域由氦氣填充與反應堆槽相似直徑的腔和5m高。它包含了遠程運行起重機裝置，其可以去除燃料管或蒸汽管組以及氣閘組件，以允許燃料管或蒸汽管組進出該室的移動。氦通過連續地循環和吸收/過濾裝置以維持非常低的氧，氮和濕度水平。
[0193]低壓“爆裂閥”被并入到帶有輸送鋼冷凝單元的反應堆蓋，以允許在反應堆槽內由于爆裂蒸汽管被排出或冷凝導致的任何蒸汽釋放，而不是在反應堆槽內累計壓力。
[0194]實施例2
[0195]反應堆與實施例1中描述的相似，除了以下。它特別被設計成裂變材料凈供給器。
[0196]燃料管由碳化娃纖維/碳化娃復合材料制造，具有Imm厚的壁，每個表面上50 μ m的熱解碳涂層。下部部分直徑為20mm和上部為10mm。它們被安排在一個中心到中心間距28mm的六邊形陣列中。燃料鹽是氟化鈉、四氟化鈾(含有5% 235U和10-20% 233U的鈾)和四氟化鋯的45/45/10混合物。冷卻劑鹽是78%的氟化鈉和22%四氟化釷的混合物。
[0197]10厘米深的熔融鉍層處于反應堆槽底部，栗送設備從反應堆蓋懸浮，連續地噴灑鉍到在燃料管和蒸汽管之間區域的冷卻劑鹽的表面。一部分栗送的鉍通過將鉍冷卻到熔點以上50C的冷卻系統被轉移。沉淀的鈾和鉍化釷被收集和處理以回收233U。放置在槽底部的金屬釷的顆粒確保了鉍總是被釷金屬所飽和，由此造成鈾的還原性提取，鈾在冷卻劑中通過中子對釷的作用進入到熔融鉍層而產生。
[0198]實施例3
[0199]反應堆與實施例1中描述相似，除了以下。其被特別設計以允許維持運行期間不需要更換燃料管。
[0200]代替冷卻劑鹽的是，20%的最初不包含燃料鹽的燃料管被填充70%的天然三氯化鈾/5%的四氯化鈾/25% NaCl。這導致裂變的低水平以及因此的管內由于鈾同位素裂變的熱產生，但是相對大的通過238U的中子吸收。這些管與含燃料鹽的管的逐步取代因此顯著地增加堆芯網絡反應性，否則其將下降，因為裂變同位素被耗盡。
[0201]冷卻劑鹽包含氟化鎘，或另外的中子吸收氟化物，反應堆啟動時在高達5mol%。隨著由于裂變同位素的消耗所致堆芯反應性下降，氟化鎘逐步被通過金屬鈉向冷卻劑鹽的加入還原為鎘金屬。鎘金屬在冷卻劑溫度下熔融并作為在槽底部的薄層累積。
[0202]實施例4
[0203]反應堆與實施例1中描述的相似，除了以下。它被特別設計成在消耗預先存在的超鈾同位素庫存的同時允許燃料管更換之間的長的時期，而不產生顯著的新的超鈾同位素。
[0204]燃料鹽含有15-20%的超鈾同位素的三氯化物和80-85%的四氯化釷。燃料鹽中來自釷的233U的制造不足以維持堆芯反應性，隨著裂變材料被消耗，堆芯反應性將在溫度上相當快的降低。隨著燃料管個體平均溫度下降到低于設定的閾值，新的形成于來自冷凍超鈾三氯化物的直徑5mm芯塊形式的裂變材料被周期性加入到每個燃料管。燃料球芯塊通過燃料管噴口組件中的機構插入到每個燃料管，以及通過燃料管的螺旋部分下落，直到它們到達在其中溶解并混合的熔融燃料鹽。
[0205]雖然本發明已被以如上所述實施方案的形式描述，但應該理解的是，這些實施方案僅僅是說明性的，權利要求書并不被那些實施例限制。本領域技術人員將能夠作出修改和替換，從公開內容的角度，其被認為可以預期以落入所附權利要求書的保護范圍內。每個公開的或在本說明書中所示的特征都可以被并入本發明，無論單獨或與任何其他在此公開或示出的內容一起適當的組合。
[0206]特別地，下列特征被分別或組合地確定，其被與熔鹽燃料裂變反應堆一起使用。
[0207]來自熔鹽燃料的熱傳遞是通過管內鹽的對流或機械攪拌來實現的，即燃料鹽不是像常規熔鹽反應堆中通過外部栗送或熱交換來驅動。
[0208]再生區液體是一種單個槽內對流循環的熔融鹽。
[0209]在進料設備中，再生區液體作為冷卻劑、中子吸收劑、和反應堆的進料再生區。
[0210]熔融金屬的層存在于再生區中，在其中增殖裂變同位素被溶解，由此從再生區提取它們。
[0211]以上列表不是限制性的并且本領域技術人員應當理解，上述公開的其它特征可以被單獨或與其他特征結合使用。
[0212]任何具體的材料、濃度、尺寸、或其他反應堆特定的性質的討論都被視為示例性且非限制性的，并且本領域技術人員將認識到，其他合適的材料、濃度和尺寸在該本發明的范圍將成為可能D
【主權項】
1.一種核裂變反應堆，所述反應堆包括堆芯，冷卻劑液體的池，以及用于從所述冷卻劑液體提取熱的熱交換器，其中: 所述堆芯包括中空燃料管的陣列，每個中空燃料管包含一種或多種裂變同位素的熔鹽，燃料管陣列至少部分地浸沒在所述冷卻劑液體的池中，所述燃料管陣列包括臨界區，所述臨界區中在所述反應堆運行期間所述裂變同位素的密度足以引發自維持裂變反應；其中從每個燃料管中的熔鹽至該管的外部的熱傳遞通過下列方式的任何一種或多種實現: 所述熔鹽的自然對流； 所述熔鹽的機械攪拌； 所述燃料管內的振蕩熔鹽流動；和 所述燃料管內的所述熔鹽的沸騰； 并且其中所述裂變同位素的熔鹽在反應堆運行期間被完全容納在所述燃料管內。2.根據權利要求1所述的反應堆，其中每個燃料管包括設置成將所述管的至少一部分分成節段的內部擋板。3.根據權利要求2所述的反應堆，其中每個節段具有相同數量級的高度和直徑以促進節段內的對流。4.根據權利要求2或3所述的反應堆，其中所述內部擋板可相對所述燃料管移動，以對所述管內的熔鹽賦予振蕩力。5.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中每個燃料管的直徑為至少5mm。6.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中每個管是U形的，并且通過對所述管的一端或兩端施加振蕩氣體壓力而產生每個管內的振蕩燃料鹽流動。7.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述管的一個或多個以微度螺旋狀物的形式形成。8.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中每個管的上部是非線性的。9.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中每個管包括溫度傳感器，所述溫度傳感器配置為通過下列的任一項來確定裂變材料的熔鹽的溫度: 從所述裂變材料的熔鹽發出的光的性質； 所述裂變材料的膨脹量； 所述管內的氣柱的聲波共振頻率。10.根據任一前述權利要求所述的反應堆，所述反應堆被設置為允許在所述反應堆運行期間所述裂變同位素的熔鹽的有限沸騰。11.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述冷卻劑液體含有足夠比例的中子吸收材料，以充分保護所述液體的容納槽免受由所述堆芯發射的中子的影響。12.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述冷卻劑液體是包含在單個槽內的熔融金屬鹽，并且所述冷卻劑液體的循環僅由自然對流驅動。13.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述冷卻劑液體含有增殖同位素，所述增殖同位素在中子通量下產生再生裂變同位素。14.根據權利要求13所述的反應堆，其中所述反應堆包括與所述冷卻劑液體接觸的熔融金屬的層，所述熔融金屬使得所述再生裂變同位素在所述熔融金屬中可溶，所述反應堆還包括用于提取所述熔融金屬的系統。15.根據權利要求14所述的反應堆，所述反應堆包括用于循環所述熔融金屬以將其從所述熔融金屬的層提取并且作為噴霧或多列方式再引入到所述冷卻劑液體，其中所述熔融金屬在再引入之前被傳遞到所述熱交換器。16.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述熱交換器包括在所述冷卻劑液體內的管的陣列，所述管包含循環通過管陣列的液體和/或氣體，其中所述液體和/或氣體是下列中的任一種: 水； 蒸汽； 水和蒸汽； 氦； 二氧化碳； 空氣； 氮； 熔融的金屬或金屬鹽。17.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述燃料管由下列各項的任一種形成: 鉬合金； 純鉬； 碳復合材料；和 碳化娃。18.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述堆芯還包含中子慢化材料。19.根據權利要求17所述的反應堆，其中所述中子慢化材料安置在所述燃料管的陣列內的慢化劑管中。20.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中燃料管的數量密度向所述燃料管的陣列的中心減少。21.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述燃料管內的裂變同位素和/或增殖同位素的濃度向所述燃料管的陣列的外部增加。 21.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述燃料管含有與燃料管材料和裂變元素之間的鹵素中間體具有反應性的金屬。22.根據任一前述權利要求所述的反應堆，其中所述裂變同位素的熔鹽包含所述裂變同位素的三鹵化物。23.—種運行核裂變反應堆的方法，所述核裂變反應堆包括堆芯，冷卻劑液體的池和熱交換器，所述堆芯包括中空燃料管的陣列，每個中空燃料管包含一種或多種裂變同位素的熔鹽，燃料管陣列至少部分地浸沒在所述冷卻劑液體的池中并且包括臨界區，所述臨界區中在所述反應堆運行期間所述裂變同位素的密度足以引發自維持裂變反應；所述方法包括: 將所述熔鹽完全容納在所述燃料管內； 使用下列方式的一種或多種，將熱從每個燃料管中的所述熔鹽傳遞到該管的外部，并且進而傳遞到所述冷卻劑: 所述熔鹽的自然對流； 所述熔鹽的機械攪拌； 所述燃料管內的振蕩熔鹽流動；和 所述燃料管內的所述熔鹽的沸騰；和 使用所述熱交換器從所述冷卻劑提取熱。
【專利摘要】一種核裂變反應堆，其包括堆芯、冷卻劑液體的池和熱交換器。堆芯包括含有裂變同位素的熔鹽的中空管的陣列。管陣列至少部分地浸沒在冷卻劑液體的池中。管陣列包括臨界區，在所述臨界區中，在反應堆運行期間裂變同位素的密度足以引發自維持裂變反應。從裂變同位素的熔鹽到管的熱傳遞通過下列方式的任何一種或多種實現：所述熔鹽的自然對流；所述熔鹽的機械攪拌；和所述管內的振蕩熔鹽流動。所述裂變同位素的熔鹽在反應堆運行期間被完全容納在所述管內。
【IPC分類】G21C3/54, G21C1/22, G21C3/24
【公開號】CN105027224
【申請號】CN201480010226
【發明人】伊恩·理查德·斯科特
【申請人】伊恩·理查德·斯科特
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年2月19日
【公告號】CA2902046A1, WO2014128457A1