RU2015136814A - Ядерный реактор на расплавах солей - Google Patents

Claims (52)

1. Ядерный реактор деления, содержащий активную зону, бассейн жидкого теплоносителя и теплообменник для отвода тепла от жидкого теплоносителя, в котором:

активная зона содержит решетку пустотелых топливных каналов, каждый из которых содержит солевой расплав одного или нескольких делящихся изотопов, решетка топливных каналов по меньшей мере частично погружена в бассейн жидкого теплоносителя и содержит критическую область, где плотность делящихся изотопов во время работы реактора достаточна для того, чтобы вызвать самоподдерживающуюся реакцию деления;

при этом передача тепла от солевого расплава в каждом топливном канале к внешней стороне этого канала достигнута за счет любого одного или более из следующих процессов:

естественная конвекция расплава солей;

механическое перемешивание расплава солей;

генерирование колебаний потока расплава солей внутри топливного канала; и

кипение расплава солей внутри топливного канала;

и при этом во время работы реактора расплав солей делящихся изотопов полностью удерживается в топливных каналах.

2. Реактор по п. 1, в котором каждый топливный канал содержит внутренние перегородки, предназначенные для разделения, по меньшей мере, участка канала на сегменты.

3. Реактор по п. 2, в котором каждый сегмент имеет высоту и диаметр одного порядка величины, чтобы способствовать конвекции внутри сегмента.

4. Реактор по п. 2 или 3, в котором внутренние перегородки выполнены с возможностью перемещения относительно топливного канала, чтобы передавать колебательные усилия расплаву солей внутри канала.

5. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором каждый топливный канал имеет диаметр, составляющий по меньшей мере 5 мм.

6. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором каждый канал имеет U-образную форму, причем реактор выполнен с возможностью генерирования колебательного потока топливной соли внутри канала путем приложения давления газа, изменяющегося в колебательном режиме, к одному или обоим концам канала.

7. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором один или несколько каналов выполнены в форме узкой винтовой спирали.

8. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором верхний участок каждого канала имеет нелинейную форму для предотвращения прохождения нейтронов непосредственно до верха канала и их выхода из реактора.

9. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором каждый канал содержит датчик температуры, предназначенный для определения температуры расплава солей делящегося материала по любому одному параметру из следующих:

свойства света, испускаемого из расплава солей делящегося материала;

величина расширения делящегося материала;

резонансная акустическая частота газового столба в канале.

10. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором жидкий теплоноситель содержит достаточную долю материала, поглощающего нейтроны, чтобы, по существу, экранировать бак с жидкостью от нейтронов, испускаемых активной зоной.

11. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором жидкий теплоноситель представляет собой расплав солей металла, содержащийся в единственном баке, при этом циркуляция жидкого теплоносителя происходит только за счет естественной конвекции.

12. Реактор по любому из пп. 1-3, в котором жидкий теплоноситель содержит воспроизводящий изотоп, способный производить воспроизведенный делящийся изотоп под действием нейтронного потока.

13. Реактор по п. 12, в котором реактор содержит слой металлического расплава, контактирующий с жидким теплоносителем, при этом металлический расплав таков, что воспроизведенный делящийся изотоп растворим в металлическом расплаве, и реактор дополнительно содержит систему для отвода металлического расплава.

14. Реактор по п. 13, и содержащий систему для обеспечения циркуляции металлического расплава, в которой он выполнен с возможностью отбора из слоя металлического расплава и повторного введения в жидкий теплоноситель в виде впрыска или нескольких столбов жидкости, причем металлический расплав способен проходить к теплообменнику перед повторным введением.

15. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, в котором теплообменник содержит решетку каналов в жидком теплоносителе, трубы содержат жидкость и/или газ, циркулирующий по решетке каналов, причем жидкость и/или газ представляет собой любое из следующего:

вода;

пар;

вода и пар;

гелий;

диоксид углерода;

воздух;

азот;

металлический расплав или расплав солей.

16. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, в котором топливные каналы выполнены из любого из следующих материалов:

молибденовый сплав;

чистый молибден;

углеродный композит;

карбид кремния.

17. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, в котором активная зона дополнительно содержит материал, замедляющий нейтроны.

18. Реактор по п. 16, в котором указанный материал, замедляющий нейтроны, предусмотрен в каналах замедлителя в решетке топливных каналов.

19. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, 18, в котором численная плотность топливных каналов уменьшается в направлении центра решетки топливных каналов.

20. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, 18, в котором увеличение концентрации делящихся и/или воспроизводящих изотопов в топливных каналах обеспечено в направлении наружной стороны решетки топливных каналов.

21. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, 18, в котором топливные каналы содержат или вмещают металл, обладающий промежуточной реакционной способностью при взаимодействии с галогенами между материалом топливного канала и делящимися изотопами.

22. Реактор по любому из пп. 1-3, 13, 14, 18, в котором расплавы солей делящихся изотопов содержат трехгалоидные соединения делящихся изотопов.

23. Способ управления ядерным реактором деления, содержащим активную зону, бассейн жидкого теплоносителя и теплообменник, при этом активная зона содержит решетку пустотелых топливных каналов, каждый из которых содержит солевой расплав одного или нескольких делящихся изотопов, решетка топливных каналов по меньшей мере частично погружена в бассейн жидкого теплоносителя и содержит критическую область, где плотность делящихся изотопов во время работы реактора достаточна для того, чтобы вызвать самоподдерживающуюся реакцию деления, при этом способ содержит следующее:

удерживают расплав солей полностью внутри топливных каналов;

передают тепло от солевого расплава в каждом топливном канале к внешней стороне этого канала и, таким образом, к теплоносителю с использованием одного или более из следующего:

естественная конвекция расплава солей;

механическое перемешивание расплава солей;

генерирование колебаний потока расплава солей внутри топливного канала; и

кипение расплава солей внутри топливного канала; и

отводят тепло от теплоносителя, используя теплообменник.