BR112013029172B1

BR112013029172B1 - método e aparelho de controle de reator nuclear

Info

Publication number: BR112013029172B1
Application number: BR112013029172-9A
Authority: BR
Inventors: Neal Mann
Original assignee: Neal Mann
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2020-10-13
Also published as: KR101412520B1; CN103348413B; US20130301773A1; EP2707881B1; RU2532540C1; JP5608832B2; JP2014510284A; EP2707881A1; CN103348413A; US20120288048A1; CA2823960A1; ES2677101T3; WO2012158459A1; EP2707881A4; KR20130136533A; CA2823960C; BR112013029172A2; US8416908B2; MX2013013269A

Abstract

MÉTODO E APARELHO DE CONTROLE DE REATOR NUCLEAR Um método para controlar um reator nuclear é apresentado. O método inclui fornecer uma zona de moderador em um núcleo do reator nuclear, fornecer um combustível na zona de moderador e fornecer um ou mais alojamentos, sendo que cada um tem uma cavidade, adjacente ao combustível. O método também inclui permitir o movimento de um moderador entre a zona de moderador e a cavidade do um ou mais alojamentos em uma porção inferior do um ou mais alojamentos. O método inclui, ainda, confinar o moderador na cavidade do um ou mais alojamentos em uma porção superior do um ou mais alojamentos.

Description

[001] Este pedido reivindica o beneficio do Pedido de Patente Provisório de n2 U.S. 61/485.656, depositado em 13 de maio de 2011, que está incorporado no presente documento a titulo de referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente revelação refere-se a um método e aparelho de controle de reator nuclear e, mais particularmente, a um aparelho e método de controle para controlar um reator nuclear moderado por liquido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Os reatores nucleares que usam sistemas de controle de reator nuclear convencionais têm várias deficiências. Os reatores que usam sistemas de controle convencionais utilizam ajustes constantes para a quantia de material absorvente de nêutron no núcleo de reator, e têm uma razão de conversão reduzida devido ao fato de que os mesmos absorvem uma quantidade excessiva de nêutrons. Além disso, os reatores que usam os sistemas de controle convencionais não têm uma faixa relativamente grande de controle de reatividade e, portanto, usam combustível com uma faixa relativamente estreita de conteúdo fissil. Ademais, os reatores que usam os sistemas de controle convencionais são frequentemente reabastecidos, não capturam uma porcentagem grande da energia potencial no combustível, e deixam uma quantidade relativamente grande de residue radioativo por KWH de potência gerado.

[004] O método de controle dos reatores Canadian Deuterium Uranium (CANDU) tentou tratar alguns desses problemas. Entretanto, o reator CANDU usou hastes ajustadoras, que absorveram uma quantidade excessiva de nêutrons e, portanto, não fornecem um sistema de controle para superar adequadamente as deficiências na tecnologia convencional.

[005] A presente revelação é direcionada para superar um ou mais das desvantagens apresentadas acima e/ou outras deficiências na técnica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] De acordo com m aspecto, a presente revelação é refere-se a um método para controlar um reator nuclear. O método inclui fornecer uma zona de moderador em um núcleo do reator nuclear, fornecer um combustível na zona de moderador e fornecer um ou mais caixas adjacentes, sendo que cada um tem uma cavidade, adjacente ao combustível. O método inclui também permitir o movimento de um moderador entre a zona de moderador e a cavidade do um ou mais caixas adjacentes em uma porção inferior do um ou mais caixas adjacentes. O método inclui adicionalmente confinar o moderador na cavidade do um ou mais caixas adjacentes em uma porção superior do um ou mais caixas adjacentes.

[007] De acordo com outro aspecto, a presente revelação refere-se a um núcleo de reator nuclear. O núcleo de reator nuclear tem uma zona de moderador, um combustível disposto na zona de moderador e um ou mais caixas adjacentes dispostos adjacentes ao combustível, sendo que cada alojamento tem uma cavidade. A porção inferior de cada alojamento é aberta para o movimento do moderador entre a zona de moderador e a cavidade, e uma porção superior de cada alojamento é fechada para o movimento do moderador entre a zona de moderador e a cavidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de reator nuclear revelado exemplificative;

[009] A Figura 2 é uma vista de planta de um primeiro reator exemplificativo do sistema de reator nuclear da Figura 1;

[0010] A Figura 2A é uma vista escalonada de planta da disposição do sistema de reator nuclear da Figura 1;

[0011] A Figura 3 é uma vista em corte tomada através da seção A-A do reator mostrado na Figura 2;

[0012] A Figura 3A é uma vista em corte escalonada tomada através da seção A-A do reator mostrado na Figura 2;

[0013] A Figura 4 é uma ilustração esquemática de uma disposição de tubo de combustível exemplificativa do reator;

[0014] A Figura 5 é uma vista lateral da disposição de tubo de combustível da Figura 4;

[0015] A Figura 6 é uma ilustração esquemática de outra disposição de tubo de combustível exemplificativa do reator;

[0016] A Figura 7 é uma vista em corte tomada através da seção B-B do reator mostrado na Figura 3;

[0017] A Figura 8 é uma vista detalhada de uma matriz de cavidade de controle exemplificativa do reator;

[0018] A Figura 8A é outra vista detalhada de uma matriz de cavidade de controle exemplificativa do reator;

[0019] A Figura 8B é outra vista detalhada de uma matriz de cavidade de controle exemplificativa do reator;

[0020] A Figura 8C é uma ilustração esquemática de uma matriz de cavidade de controle exemplificativa do reator;

[0021] A Figura 8D é outra ilustração esquemática de uma matriz de cavidade de controle exemplificativa do reator;

[0022] A Figura 9 é uma vista em corte de uma segunda modalidade exemplificativa do reator;

[0023] A Figura 10 é uma vista lateral do reator da Figura 9;

[0024] A Figura 11 é uma vista detalhada de uma matriz de cavidade de controle exemplificativa do reator da Figura 9;

[0025] A Figura 12A é uma vista de planta de uma terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0026] A Figura 12B é uma vista em corte da terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0027] A Figura 12C é uma vista em perspectiva da terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0028] A Figura 12D é uma ilustração esquemática da terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0029] A Figura 12E é outra ilustração esquemática da terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0030] A Figura 12F é outra ilustração esquemática da terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0031] A Figura 12G é outra vista em perspectiva da terceira modalidade exemplificativa do reator;

[0032] A Figura 12H é uma vista de planta de uma quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0033] A Figura 121 é uma vista esquemática em corte da quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0034] A Figura 12J inclui tanto uma vista esquemática de planta quanto uma vista esquemática em corte da quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0035] A Figura 12K é uma vista esquemática em corte da quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0036] A Figura 12L inclui tanto uma vista de planta esquemática quanto vistas esquemáticas em corte da quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0037] A Figura 12M inclui tanto uma vista de planta esquemática quanto vistas esquemáticas em corte da quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0038] A Figura 12N inclui uma vista esquemática em corte da quarta modalidade exemplificativa do reator;

[0039] A Figura 13 é uma ilustração esquemática de um subsistema de refrigerante de reator exemplificative;

[0040] A Figura 14 é uma vista em corte de uma passagem exemplificativa do subsistema de refrigerante de reator;

[0041] A Figura 15 é uma vista em corte tomada através da seção C-C do subsistema de controle de reator mostrado na Figura 20;

[0042] A Figura 16 é uma ilustração esquemática de um primeiro subsistema de refrigerante auxiliar exemplificativo;

[0043] A Figura 17 é uma ilustração esquemática de um segundo subsistema de refrigerante auxiliar exemplificativo;

[0044] A Figura 18 é uma vista de planta do segundo subsistema de refrigerante auxiliar da Figura 17;

[0045] A Figura 19 é uma ilustração esquemática de um terceiro subsistema de refrigerante auxiliar exemplificativo; e

[0046] A Figura 20 é uma ilustração esquemática de um subsistema de controle de reator exemplificativo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0047] A Figura 1 ilustra um sistema de reator nuclear exemplificativo 5 para gerar potência a partir de uma reação nuclear. 0 sistema reator nuclear 5 pode incluir um subsistema de geração de potência 10 e um reator 15. 0 reator 15 pode fornecer energia a partir de uma reação nuclear para o subsistema de geração de potência 10. O sistema reator nuclear 5 pode incluir também um trocador de calor 20, um subsistema de refrigerante de reator 25 e um subsistema de bomba 30. 0 subsistema de refrigerante de reator 25 pode facilitar a troca de calor entre o reator 15 e o trocador de calor 20, e o subsistema de bomba 30 pode pressurizar o subsistema de refrigerante de reator 25. O sistema reator nuclear 5 pode incluir adicionalmente um subsistema de refrigerante auxiliar 35 e um subsistema de controle de reator 40. O subsistema de refrigerante auxiliar 35 pode fornecer transferência de calor adicional a partir do reator 15, e o subsistema de controle de reator 40 pode controlar uma operação do reator 15.

[0048] O subsistema de geração de potência 10 pode incluir uma ou mais turbinas 45, um ou mais montagens de acionamento 50, um ou mais geradores 55, um subsistema de resfriamento de turbina 60 e um subsistema de vapor de turbina 65. A turbina 45 pode acionar o gerador 55 por meio da montagem de acionamento 50. O subsistema de vapor de turbina 65 pode transferir água (H2O) e vapor (H2O) entre a turbina 45 e o subsistema de resfriamento de turbina 60.

[0049] A turbina 45 pode ser qualquer tipo de turbina que é adequada para uso com um reator nuclear tal como, por exemplo, uma turbina a vapor. A turbina 45 pode converter o vapor de pressão alta (H2O) que é liberado pelo subsistema de vapor de turbina 65 em energia mecânica. Por exemplo, a turbina 45 pode incluir uma pluralidade de elementos montados em um eixo giratório. 0 vapor de pressão alta (H2O) pode entrar na turbina 45 e passar sobre os elementos montadas no eixo, sendo que a energia cinética do vapor (H2O) desse modo força a pluralidade de elementos a girar o eixo giratório. A turbina 45 pode incluir uma série de um ou mais cilindros de pressão alta seguidos de um ou mais cilindros de pressão baixa. Cada cilindro pode admitir vapor (H2O) em uma porção central, e o vapor (H2O) pode se expandir progressivamente através da série de cilindros, movendo, desse modo, os elementos montados no eixo da turbina 45. A turbina 45 pode incluir elementos estacionários que direcionam um fluxo de vapor (H2O) dentro da turbina 45. A turbina 45 pode incluir sistemas adicionais tais como, por exemplo, um sistema de válvula de controle hidráulico que tem válvulas operadas a óleo para regular o fluxo de vapor (H2O) , um sistema de lubrificação para lubrificar os mancais que apoiam os cilindros, e um separador de umidade para remover a umidade do vapor (H2O) após deixar os cilindros de pressão alta e antes de entrar nos cilindros de pressão baixa.

[0050] A montagem de acionamento 50 pode ser qualquer montagem adequada para transferir energia mecânica a partir da turbina 45 para o gerador 55 tal como, por exemplo, uma montagem de eixo de acionamento mecânica. A montagem de acionamento 50 pode conectar de modo operável um eixo giratório da turbina 45 ao gerador 55 de modo que a energia cinética a partir do vapor (H2O) que atinge os elementos montados no eixo da turbina 45 possa ser transferida como energia mecânica para o gerador 55 por meio da montagem de acionamento 50.

[0051] O gerador 55 pode ser qualquer tipo de gerador que é adequado para uso com um reator nuclear tal como, por exemplo, um qerador elétrico. Por exemplo, o gerador 55 pode incluir uma disposição de fio e imã para gerar eletricidade a partir da energia mecânica transferida através da montagem de acionamento 50. Por exemplo, a montagem de acionamento 50 pode girar um elemento magnético dentro do gerador 55 para gerar potência elétrica. O gerador 55 pode produzir eletricidade de CA em qualquer frequência adequada tal como, por exemplo, potência de 50 Hz (50 ciclos) ou 60 Hz (60 ciclos) . O subsistema de geração de potência 10 pode ser operado para manter um ou mais geradores 55 em uma frequência substancialmente constante tal como, por exemplo, potência de 50 ou 60 ciclos.

[0052] O subsistema de resfriamento de turbina 60 pode ser qualquer tipo de sistema de resfriamento que é adequado para uso com um reator nuclear tal como, por exemplo, um sistema de resfriamento que usa condensadores, torres de resfriamento e/ou fluxo de ar forçado para troca de calor. O subsistema de resfriamento de turbina 60 pode remover o vapor excedente (H2O) da turbina 45 e condensar o vapor excedente (H2O) em água (H2O) . Além de usar os condensadores, as torres de resfriamento e/ou fluxo de ar forçado para condensar o vapor (H2O) em água (H2O) , o subsistema de resfriamento de turbina 60 pode utilizar também corpos próximos de água (H2O) , se disponíveis e adequados, para, por exemplo, resfriamento de passagem única.

[0053] O subsistema de vapor de turbina 65 pode ser qualquer tipo de disposição adequada para transferir a água (H2O) e o vapor (H2O) entre o trocador de calor 20, a turbina 45 e o subsistema de resfriamento de turbina 60. O subsistema de vapor de turbina 65 pode incluir uma passagem 7 0 que transfere o vapor quente (H2O) a partir do trocador de calor 20 para a turbina 45, uma passagem 75 que transfere vapor inoperante ou excedente (H2O) a partir da turbina 45 para o subsistema de resfriamento de turbina 60, e uma passagem 80 que transfere água relativamente fria (H2O) a partir do subsistema de resfriamento de turbina 60 para o trocador de calor 20. As passagens 70, 75 e 80 podem ser quaisquer passagens adequadas para transferir o vapor (H2O) e a água (H2O) tal como, por exemplo, tubulação de aço.

[0054] O sistema reator nuclear 5 pode fornecer também vapor (H2O) para qualquer outro propósito adequado para o qual o vapor (H2O) pode ser útil, além de fornecer o vapor (H2O) para às turbinas para geração de potência. Por exemplo, o sistema de reator nuclear 5 pode incluir configurações em que o vapor (H2O) não é devolvido ao sistema após o uso e/ou em que a água de entrada (H2O) vem de uma fonte que é diferente do subsistema de vapor de turbina 65. Por exemplo, o sistema de reator nuclear 5 pode fornecer o vapor (H2O) para uso na extração de óleo geotérmica.

[0055] O trocador de calor 20 pode ser qualquer tipo de trocador de calor adequado para transferir energia térmica entre o subsistema de geração de potência 10 e o reator 15. Por exemplo, o trocador de calor 20 pode incluir um ou mais geradores de vapor que têm uma pluralidade de tubos através dos quais o refrigerante de reator quente do subsistema de refrigerante de reator 25 flui. Cada gerador de vapor pode incluir, por exemplo, milhares de tubos para receber o refrigerante de reator quente. Por exemplo, cada gerador de vapor pode incluir entre aproximadamente 3.000 e aproximadamente 16.000 tubos. O refrigerante de reator quente que flui através dos tubos de gerador de vapor pode ferver a água (H2O) entregue ao trocador de calor 20 através do subsistema de vapor de turbina 65. O vapor (H2O) gerado pelos geradores de vapor do trocador de calor 20 pode ser transferido, em seguida, para a turbina 45 por meio do subsistema de vapor de turbina 65. Enquanto passa através do trocador de calor 20, o refrigerante de reator pode ser resfriado e pode ser devolvido subsequentemente ao reator 15 por meio do subsistema de refrigerante de reator 25.

[0056] A água (H2O) entregue ao trocador de calor 20 através do subsistema de vapor de turbina 65 pode entrar no trocador de calor 20 em uma porção superior do trocador de calor 20. A água relativamente fria (H2O) pode ser injetada em uma porção interior do trocador de calor 20 por meio de uma pluralidade de bocais 83 (consulte a Figura 20) que podem ser dispostos em uma porção superior e/ou central do trocador de calor 20, em paredes interiores do trocador de calor 20. A pluralidade de bocais 83 pode ser orientada para baixo e pode injetar a água (H2O) na água fervente (H2O) já contida dentro do trocador de calor 20. Portanto, a água relativamente fria (H2O) pode ser misturada com a água fervente (H2O) já contida no trocador de calor 20, ajudando desse modo a reduzir uma magnitude de um gradiente de temperatura de H2O contida no interior do trocador de calor 20. Desse modo, o trocador de calor 20 pode ter capacidade para produzir vapor (H2O) em temperaturas superiores, devido ao gradiente de temperatura inferior. Contempla-se que a magnitude do gradiente de temperatura também pode ser reduzida adicionalmente usando-se uma bomba de recirculação ou usando-se uma combinação de correntes de convecção, com arrastamento de água fervente (H2O) nas correntes para baixo de água relativamente fria (H2O) a partir dos bocais 83.

[0057] O reator 15 pode ser qualquer tipo de reator nuclear adequado para gerar potência a partir de uma reação nuclear. O reator 15 pode ser, por exemplo, qualquer reator nuclear que usa moderador liquido. Além disso, por exemplo, o reator 15 pode ser um reator resfriado por água pesada e/ou moderado por água pesada. O reator 15 pode ser, por exemplo, um reator CANDU. Conforme ilustrado na Figura 2, o reator 15 pode incluir uma estrutura de contenção 85, um vaso de pressão 90, uma zona refletora 95 e um núcleo de reator 100. A estrutura de contenção 85 e o vaso de pressão 90 podem alojar a zona refletora 95. O núcleo de reator 100 pode ser disposto na zona refletora 95.

[0058] A estrutura de contenção 85 pode ser qualquer tipo de estrutura adequada para alojar a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100, e para proteger o ambiente no exterior do reator 15 da radiação e dos nêutrons emitidos através do reator 15. Por exemplo, a estrutura de contenção 85 pode incluir paredes de concreto pré-esforçado ou concreto reforçado que circundam a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100. A estrutura de contenção 85 pode ter paredes que têm qualquer espessura adequada para alojar a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100 tal como, por exemplo, entre aproximadamente 1,21 m (quatro pés) e aproximadamente 3,04 m (dez pés) . A estrutura de contenção 85 pode incluir aberturas para receber vários elementos do subsistema de refrigerante de reator 25, do subsistema de refrigerante auxiliar 35, ou outros elementos do sistema de reator nuclear 5. A estrutura de contenção 85 pode sustentar estruturalmente, isolar e servir como uma barreira contra radiação para a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100. Um espelho d'água pode, por exemplo, preencher simplesmente o fundo do vaso de pressão 90, ou pode ser envolvido em recipientes separados conforme descrito adicionalmente abaixo.

[0059] O vaso de pressão 90 pode ser qualquer tipo de vaso de pressão ou estrutura adequada para pressurizar a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100. Por exemplo, o vaso de pressão 90 pode ser um vaso de aço que veda e pressuriza a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100. O vaso de pressão 90 pode incluir um ou mais elementos de aço que são configurados e/ou conectados para formar um vaso vedado. O vaso de pressão 90 pode incluir qualquer outro material adequado com propriedades adequadas para uso como um vaso de pressão tal como, por exemplo, os materiais que têm resistência à fratura e fragilização. O vaso de pressão 90 pode ser usado quando a zona refletora 95 e o núcleo de reator 100 incluem um "moderador quente" que é mantido em uma temperatura relativamente alta. O vaso de pressão 90 pode incluir aberturas para receber vários elementos do subsistema de refrigerante de reator 25, do subsistema de refrigerante auxiliar 35, ou outros elementos do sistema de reator nuclear 5. As aberturas do vaso de pressão 90 podem ser vedadas para manter uma pressurização da zona refletora 95 e do núcleo de reator 100 dentro do vaso de pressão 90.

[0060] Conforme ilustrado na Figura 3, a zona refletora 95 pode incluir um espelho d'água 105 e uma área de vapor 110. Um limite 115 pode separar o espelho d'água 105 e a área de vapor 110.

[0061] O espelho d'água 105 pode incluir um moderador em um estado liquido. Por exemplo, o espelho d'água 105 pode incluir D2O ("água pesada") em um estado liquido. 0 espelho d'água 105 pode incluir D2O fabricado para ter quaisquer propriedades adequadas para moderar uma reação nuclear. Por exemplo, a D2O do espelho d'água 105 pode ser água pesada para uso em reator (99,75% pura). O espelho d'água 105 pode incluir também moderador de H2O ("água leve") em um estado liquido. O espelho d'água 105 pode incluir um "moderador quente" (por exemplo, na Figura 2) ou um "moderador frio" (por exemplo, na Figura 11).

[0062] A área de vapor 110 pode incluir um moderador que é do mesmo material que o espelho d'água 105. A área de vapor 110 pode incluir o moderador que está em um estado gasoso. O calor do núcleo de reator 100 pode aquecer o moderador na zona refletora 95, fazendo com que parte do moderador seja retida em um estado gasoso na área de vapor 110. A temperatura do moderador gasoso da área de vapor 110 é aproximadamente a mesmo que uma temperatura do moderador liquido do espelho d'água 105. A área de vapor 110 pode preencher substancialmente toda a zona refletora 95 se substancialmente todo o moderador for aquecido para um estado gasoso. Além disso, o espelho d'água 105 pode preencher substancialmente toda a zona refletora 95 se substancialmente todo o moderador for resfriado para um estado liquido. Um limite 115 pode separar o espelho d'água 105 e a área de vapor 110.

[0063] Quatro modalidades exemplificativas de um núcleo de reator são reveladas abaixo: o núcleo de reator 100, o núcleo de reator 100', o núcleo de reator 100a e o núcleo de reator 100b. Sempre que adequado, os vários recursos revelados de cada modalidade exemplificativa (por exemplo, os números de referência que têm um modificador "a" para o núcleo de reator 100a) podem ser combinados com recursos das outras modalidades. Conforme revelado adicionalmente abaixo, as modalidades exemplificativas reveladas ilustram a faixa ampla de modalidades possíveis do sistema de reator nuclear revelado. Por exemplo, o núcleo de reator 100, 100', 100a e 100b mostram que o sistema de reator nuclear revelado pode incluir tanto disposições de tubo de combustível horizontais quanto verticais, tanto o moderador frio quanto o quente no núcleo de reator, combustíveis nucleares diferentes tais como urânio, plutônio e tório em composições diferentes tais como metal, óxido ou sais, disposições de tubo de combustível diferentes tais como disposições quadradas ou hexagonais, tipos diferentes de moderador (por exemplo, D2O e H2O) , refrigerantes primários diferentes (por exemplo, os líquidos tais como D2O, H2O e fluidos orgânicos; metais fundidos tais como sódio e chumbo; sais fundidos e gases tal como hélio) e conjuntos de procedimentos de resfriamento de moderador diferentes (por exemplo, troca de calor e troca de fluido direta). Considerando-se as modalidades exemplificativas reveladas abaixo, um indivíduo de habilidade comum na técnica pode entender que os vários recursos revelados de cada modalidade exemplificativa podem ser combinados com os recursos de qualquer outra modalidade exemplificativa, sempre que apropriado.

[0064] Conforme a primeira modalidade exemplificativa do núcleo de reator, o núcleo de reator 100 pode incluir uma montagem de combustível 125 e uma matriz de cavidade de controle 130. A matriz de cavidade de controle 130 pode conter um ou mais bolsos de moderador e/ou vapor de moderador adjacente à montagem de combustível 125. Os tubos de combustível 135 podem ser orientados verticalmente em uma matriz quadrada com cantos truncados (conforme ilustrado na Figura 4), e o moderador e refrigerante de combustível podem ser água pesada (por exemplo, D?O) . O moderador pode ser resfriado através de condução a partir de uma porção do fluxo de refrigerante primário (refrigerante de combustível) .

[0065] A montagem de combustível 125 pode ser qualquer tipo de nuclear combustível adequado para uso em uma reação nuclear. Por exemplo, a montagem de combustível 125 pode incluir feixes de varas de combustível que são dispostos em uma pluralidade de tubos de combustível 135. Por exemplo, a montagem de combustível 125 pode incluir uma disposição de centenas de tubos de combustível 135. Por exemplo, a montagem de combustível 125 pode incluir entre aproximadamente 100 e aproximadamente 500 tubos de combustível 135 que podem ser de aproximadamente 10,16 cm (quatro polegadas) em diâmetro. Cada tubo de combustível 135 pode incluir qualquer número adequado de feixes de combustível tal como, por exemplo, 12 feixes de combustível. Cada feixe de combustível pode incluir qualquer número adequado de varas de combustível tal como, por exemplo, 37 varas de combustível. A montagem de combustível 125 pode incluir qualquer combustível adequado para uma reação nuclear tal como, por exemplo, urânio natural, urânio enriquecido, combustível de óxido misturado (MOX), plutônio, tório e/ou várias misturas desses e outros materiais. Por exemplo, a montagem de combustível 125 pode incluir um combustível de urânio/plutônio misturado ou um combustível de urânio/tório misturado.

[0066] A montagem de combustível 125 pode incluir tubos de combustível 135 que são dispostos verticalmente (por exemplo, conforme ilustrado na Figura 2) . A montagem de combustível 125 pode incluir tubos de combustível 135 dispostos em qualquer configuração adequada tal como, por exemplo, uma matriz de ângulo reto conforme ilustrado nas Figuras 4 e 5.

[0067] Com referência novamente à Figura 2, a matriz de cavidade de controle 130 pode incluir uma matriz tridimensional de cavidades de controle 140. Por exemplo, a matriz tridimensional de cavidades de controle 140 pode servir como um alojamento para confinar o moderador adjacente aos tubos de combustível 135 da montagem de combustível 125. Conforme representado nas Figuras 2, 3 e 7, a pluralidade de cavidades de controle 140 pode ser disposta horizontalmente uma à outra, assim como ser empilhada verticalmente. As cavidades de controle 140 podem ser escalonadas verticalmente e/ou horizontalmente dentro da matriz de cavidade de controle 130. Por exemplo, o escalonamento vertical das cavidades de controle 140 é representado na Figura 3. As cavidades de controle 140 podem ser dispostas em qualquer configuração adequada para confinar um moderador adjacente aos tubos de combustível 135.

[0068] As Figuras 2A e 3A ilustram vistas diferentes das disposições do reator 15. As Figuras 2A e a Figura 3A fornecem vistas de disposições em escala exemplificativas do reator 15.

[0069] Conforme representado nas Figuras 2 e 8, cada cavidade de controle 140 pode incluir uma montagem estrutural 145 e uma montagem de cone 150. A montagem de cone 150 pode confinar o moderador dentro da montagem estrutural 145. A montagem estrutural 145 pode servir como um alojamento para confinar o moderador.

[0070] Conforme representado nas Figuras 2, 3 e 7, a montagem estrutural 145 pode incluir um ou mais membros superiores 155, um ou mais membros laterais 160, um ou mais membros de extremidade 165 e um ou mais membros intermediários 170. Os membros superiores 155, os membros laterais 160, o membro de extremidade 165 e o membro intermediário 170 podem ser formados a partir de quaisquer materiais estruturais adequados para confinar o moderador tal como, por exemplo, liga de zircônio. Os membros superiores 155, os membros laterais 160, o membro de extremidade 165 e o membro intermediário 170 podem ser fixados uns aos outros através de qualquer conjunto de procedimentos adequado tal como, por exemplo, soldagem. Os membros superiores 155, os membros laterais 160, o membro de extremidade 165 e o membro intermediário 170 podem ser também formados de modo integral uns com os outros. Os membros superiores 155, os membros laterais 160, o membro de extremidade 165 e o membro intermediário 170 podem ser qualquer membro estrutural adequado para confinar o moderador tal como, por exemplo, membros similares à placa e/ou substancialmente planos. Os membros superiores 155 podem ser, por exemplo, um membro plano disposto substancial e horizontalmente em uma porção superior da cavidade de controle 140, e podem ser fixados aos membros laterais substancialmente planos 160. Os membros de extremidade 165 podem ser fixados às porções de extremidade do membro superior 155 e dos membros laterais 160. Os membros superiores 155, os membros laterais 160 e os membros de extremidade 165 podem ser fixados para formar, por exemplo, uma cavidade que tem uma porção superior fechada e uma porção de fundo aberta. Desse modo, o membro superior 155, os membros laterais 160 e os membros de extremidade 165 podem impedir substancialmente o movimento do moderador para dentro e para fora de uma porção superior da cavidade de controle 140, enquanto permite que o moderador se mova para dentro e para fora de uma porção inferior da cavidade de controle 140. A porção superior da cavidade de controle 140 pode incluir o membro superior 155, as porções superiores dos membros laterais 160 e as porções superiores dos membros de extremidade 165. A porção inferior da cavidade de controle 140 pode incluir as porções inferiores dos membros laterais 160 e as porções inferiores dos membros de extremidade 165.

[0071] Um ou mais membros intermediários 170 podem ser dispostos entre e fixados aos membros laterais 160 e ao membro superior 155. Os membros intermediários 170 podem ser dispostos em qualquer intervalo ao longo da cavidade de controle 140. Os membros intermediários 170 podem impedir substancialmente o movimento do moderador através da cavidade de controle 140 em uma porção superior da cavidade de controle 140. Os membros de extremidade 165 e os membros intermediários 170 podem ter uma altura que é menor do que uma altura dos membros laterais 160. Os membros laterais 160 de uma dada cavidade de controle 140 podem ser fixados ao membro superior 155 de outra cavidade de controle 140 disposta abaixo, por exemplo, no caso em que as cavidades de controle 140 são empilhadas verticalmente. Devido ao fato de que a altura dos membros de extremidade 165 e dos membros intermediários 17 0 pode ser menor do que a altura dos membros laterais 160, o moderador pode estar livre para se mover sob os membros de extremidade 165 e os membros intermediários 170 por meio dos vãos 175 e dos vãos 180, respectivamente, conforme representado na Figura 7. Desse modo, os membros de extremidade 165 e os membros intermediários 170 podem servir como defletores para bloquear o movimento do moderador em uma porção superior da cavidade de controle 140 e permitir o movimento do moderador em uma porção inferior da cavidade de controle 140. Os vãos 180 podem permitir o movimento do moderador através de uma porção inferior da cavidade de controle 140 e os vãos 175 podem permitir o movimento do moderador entre a zona refletora 95 e a cavidade de controle 140. O moderador não pode se mover sob os membros laterais 160, que podem ser fixados ao membro superior 155 da cavidade de controle 140 disposta abaixo. Entretanto, contempla-se que os vãos podem ser fornecidos entre os membros laterais 160 e o membro superior 155 da cavidade de controle 140 disposta abaixo, para permitir também o movimento do moderador sob parte ou todos os membros laterais 160. Desse modo, contempla-se que o moderador pode ser livre para se mover entre a zona refletora 95 e as cavidades de controle 140, sob os membros laterais 160.

[0072] Conforme representado nas Figuras 3 e 7, as cavidades de controle 140 podem incluir o mesmo moderador que a zona refletora 95, devido ao fato de que o moderador pode ser livre para se mover entre a zona refletora 95 e as cavidades de controle 140 por meio dos vãos 175 e 180. À medida que o moderador confinado na cavidade de controle 140 é aquecido através dos nêutrons, a radiação gama e/ou condução térmica a partir dos tubos de combustível 135, parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140 pode ser aquecido para um estado gasoso em uma zona gasosa 185. Parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140 pode estar também em um estado liquido em uma zona liquida 190. A zona gasosa 185 e a zona liquida 190 podem ser separadas por um limite 195. O tamanho da zona gasosa 185 e da zona liquida 190 pode variar entre as cavidades de controle 140 e entre membros intermediários diferentes 170 dentro de uma única cavidade de controle 140. Desse modo, a localização do limite 195 pode variar entre as cavidades de controle 140 e entre os membros intermediários diferentes 170 dentro de uma única cavidade de controle 140. Por exemplo, uma dada cavidade de controle 140 pode ter tanto uma zona gasosa 185 quanto uma zona liquida 190, substancialmente somente uma zona gasosa 185, ou substancialmente somente uma zona liquida 190.

[0073] O calor conferido por meio de nêutrons, radiação gama e/ou condução a partir dos tubos de combustível 135 pode fazer com que o moderador liquido da zona liquida 190 seja mantido em uma temperatura em ou logo abaixo do ponto de ebulição do moderador. Por exemplo, o moderador da zona liquida 190 pode ser mantido em um estado latente. À medida que o moderador na zona liquida 190 ferve ligeiramente, parte do moderador pode evaporar e subir para a zona gasosa 185. Além disso, o moderador na zona gasosa 185 que está próximo dos componentes do subsistema de refrigerante de reator 25 (por exemplo, conforme descrito abaixo) pode condensar e gotejar de volta para a zona liquida 190 ao longo das superficies internas da cavidade de controle 140. O tamanho da zona gasosa 185 podo permanecer, portanto, substancialmente constante, e o limite 195 pode permanecer relativamente estacionário, quando a quantidade de calor conferida através dos tubos de combustível 135 e a quantidade de calor removida através do subsistema de refrigerante de reator 25 são substancialmente iguais. Conforme descrito adicionalmente abaixo, o tamanho da zona gasosa 185 e uma posição do limite 195 podem varia ligeiramente durante curtos periodos de tempo (por exemplo, durante um periodo de dias) com base na absorção de samário e xênon de nêutrons, e podem variar significativamente durante longos periodos de tempo (por exemplo, durante um periodo de anos), com base, por exemplo, um envelhecimento (por exemplo, esgotamento) do combustível. 0 tamanho da zona gasosa 185 e a posição do limite 195 podem variar ligeiramente durante e brevemente após periodos de mudança na taxa de resfriamento através do subsistema de refrigerante de reator 25.

[0074] Conforme representado em maiores detalhes na Figura 8, a montagem de cone 150 pode incluir uma montagem de cone interna 200, uma montagem de cone externa 205 e uma passagem 210. As montagens de cone 150 podem fornecer uma interface estrutural entre os tubos de combustível 135, que pode passar através das cavidades de controle 140, e pode ajudar a distribuir de modo mais uniforme o calor a partir dos tubos de combustível 135 dentro das cavidades de controle 140. A montagem de cone interna 200 pode cercar uma porção do tubo de combustível 135, a montagem de cone externa 205 pode cercar a montagem de cone interna 200 e a passagem 210 pode ser disposta entre a montagem de cone interna 200 e a montagem de cone externa 205.

[0075] A montagem de cone interna 200 pode incluir urn cone 215 que pode cercar uma porção do tubo de combustível 135. 0 cone 215 pode ser formado a partir de qualquer material adequado para confinar o moderador liquido ou moderador de vapor dentro da cavidade de controle 140 tal como, por exemplo, a liga de zircônio. O cone 215 pode ser formado a partir de elementos separados ou pode ser formado de modo integral como um único elemento. O cone 215 pode ter também qualquer altura adequada para confinar o moderador. Por exemplo, o cone 215 pode ter uma altura que é aproximadamente duas vezes a altura da cavidade de controle 140. O cone 215 pode passar através de uma abertura que é formada no membro superior 155 da montagem estrutural 145. O cone 215 pode ser disposto em cada cavidade de controle 140. Devido ao fato de que o cone 215 pode ter uma altura que é maior do que uma altura da cavidade de controle 140, o cone 215 pode se sobrepor com outros cones 215 que cercam o mesmo tubo de combustível 135. O cone 215 pode formar uma passagem 220 com o tubo de combustível 135 e os cones em sobreposição 215 podem formar uma passagem 225 entre si. A passagem 220 pode ser uma continuação da passagem 225. As passagens 220 e 225 podem cercar os tubos de combustível 135 e podem ser de qualquer formato adequado tal como, por exemplo, passagens em formato cônico. O cone 215 pode ser vedado ao tubo de combustível 135 no topo do cone 215 de modo que a passagem 220 possa ser uma sem saida, com a passagem 220 que é vedada no topo. Devido ao fato de que o tubo de combustível 135 pode ser normalmente mais quente do que o ponto de ebulição do moderador, qualquer moderador na passagem 220 pode ferver e o moderador de vapor resultante forçará o moderador liquido abaixo para fora do fundo das passagens 220 e 225 por meio de um vão 250 e para a porção inferior da cavidade de controle 140. Devido ao fato de que o vapor pode conduzir valor de modo menos eficaz do que o moderador liquido, o vão de vapor duplo resultante formado através das passagens 220 e 225 e os cones em sobreposição 215 podem reduzir a transferência de calor a partir dos tubos de combustível 135 para o moderador na cavidade de controle 140. Desse modo, os cones 215 podem cercar de modo eficaz os tubos de combustível 135 com uma camada fina do moderador de vapor nas passagens 220 e 225, sendo que o moderador de vapor está em comunicação fluida com a zona refletora 95.

[0076] A montagem de cone externa 205 pode incluir um cone interior 235 e um cone exterior 240. O cone interior 235 e o cone exterior 240 podem ser de um material similar ao cone 215 e podem cercar o tubo de combustível 135 e o cone 215. O cone interior 235 pode ser fixado a uma superfície inferior 245 do membro superior 155 e pode ser fixado intermitentemente ao fundo do cone interior 235 ao fundo do cone 215 para integridade estrutural, enquanto ainda deixa um vão 230 que pode permitir o fluxo vertical do moderador liquido a partir da porção inferior de uma cavidade 140 por meio da passagem 210 para as cavidades 140 acima e abaixo. O cone interior 235 pode ter uma altura que é ligeiramente menor do que uma altura da cavidade de controle 140, e pode formar o vão 250 com uma superfície superior 255 de uma cavidade de controle adjacente 140 que é disposta abaixo. O cone exterior 240 pode ser fixado também à superfície inferior 245 do membro superior 155 e pode ter uma altura que é menor do que uma altura do cone interior 235. A cavidade 260 pode ser formada entre o cone interior 235 e o cone exterior 240. O moderador pode ser livre para se mover entre a zona liquida 190 da cavidade de controle 140 e a cavidade 260. O moderador também pode ser livre para se mover entre a zona liquida 190 e uma porção 270 disposta entre os cones exteriores adjacentes 240 dos tubos de combustível adjacentes 135. A zona liquida 275 que inclui o moderador liquido pode ser disposta na cavidade 260. À medida que nêutrons rápidos e a radiação gama dos tubos de combustível 135 aquecem o moderador na cavidade de controle 140, o moderador liquido na zona liquida 275 pode ser aquecido no moderador de vapor e pode formar uma zona gasosa 280. Além disso, à medida que nêutrons de velocidade superior (por exemplo, rápidos) e a radiação gama dos tubos de combustível 135 aquecem o moderador na cavidade de controle 140, o moderador liquido na zona liquida 190 pode ser aquecido no moderador de vapor e pode formar uma porção da zona gasosa 185 dentro da porção 270 disposta entre os cones exteriores adjacentes 240. Dependendo da quantidade de calor conferida através dos nêutrons de velocidade superior (por exemplo, rápidos) e da radiação gama dos tubos de combustível 135, a cavidade 260 e a porção 270 podem ser substancial e inteiramente preenchidas pela zona gasosa 280 e 185, respectivamente, ou podem ser substancial e inteiramente preenchidas pela zona liquidas 275 e 190, respectivamente.

[0077] Um limite 290 pode separar a zona liquida 275 e a zona gasosa 280 e o limite 195 pode separar a zona liquida 190 e a zona gasosa 185. A zona liquida 275, a zona gasosa 280 e o limite 290 podem ter características similares às características da zona liquida 190, da zona gasosa 185 e do limite 195, respectivamente, discutidos acima. Por exemplo, o tamanho da zonas gasosas 280 e 185 pode permanecer substancialmente constante, e os limites 290 e 195 podem permanecer relativamente estacionários, quando a quantidade de calor conferida através dos nêutrons de velocidade superior (por exemplo, rápidos) e a radiação gama dos tubos de combustível 135 e a quantidade de calor removida pelo subsistema de refrigerante de reator 25 são substancialmente iguais.

[0078] A passagem 210 pode ser formada entre o cone 215 e o cone interior 235. Um vão 300 pode ser formado entre uma porção de cone inferior 215 e uma porção de cone inferior interior 235. O moderador pode ser livre para se mover entre a passagem 210 e uma porção inferior da cavidade de controle 140 por meio do vão 300, que pode ser similar ao vão 230. Desse modo, devido ao fato de que a cavidade de controle 140 pode estar em comunicação fluida com a zona refletora 95, o moderador pode ser livre para se mover entre a passagem 210 e a zona refletora 95 por meio da cavidade de controle 140. Devido ao fato de que a passagem 210 não pode ser fechada no topo, a passagem 210 pode ser preenchida substancialmente com o moderador liquido e bolhas de vapor do moderador podem subir rapidamente através da mesma.

[0079] As Figuras 8A, 8B, 8C e 8D ilustram vistas alternativas da montagem de cone 150.

[0080] As Figuras 9, 10 e 11 ilustram uma segunda modalidade exemplificativa do reator 15. Nessa modalidade, o reator 15 pode incluir um núcleo de reator 100' disposto na zona refletora 95. 0 núcleo de reator 100' pode incluir uma montagem de combustível 125' e uma matriz de cavidade de controle 130'. A matriz de cavidade de controle 130' pode confinar o moderador adjacente à montagem de combustível 125'. Nessa segunda modalidade, os tubos de combustível 135' podem ser dispostos horizontalmente e dispostos em uma matriz quadrada com cantos truncados, conforme ilustrado na Figura 10. O moderador pode estar frio e pode ser resfriado bombeando-se relativamente o moderador mais frio nas cavidades de controle 140'. O moderador pode ser água pesada (D2O) , e a composição do refrigerante primário pode ser qualquer refrigerante adequado.

[0081] A montagem de combustível 125' pode incluir uma pluralidade de tubos de combustível 135'. Os tubos de combustível 135' podem ser similares aos tubos de combustível 135 do núcleo de reator 100. Os tubos de combustível 135' podem ser, por exemplo, dispostos substancial e horizontalmente.

[0082] A matriz de cavidade de controle 130' pode incluir uma pluralidade de cavidades de controle 140'. Conforme representado na vista de extremidade do núcleo de reator 100' ilustrado na Figura 10, as cavidades de controle 140' podem ser dispostas entre os tubos de combustível 135' da montagem de combustível 125'. Cada cavidade de controle 140' pode estar incluída em uma montagem estrutural 145' que pode ser um tubo que tem um comprimento maior do que o comprimento da montagem de combustível 125', e pode conter as cavidades de controle 140' que podem servir como caixas adjacentes para confinar o moderador.

[0083] Conforme representado nas Figuras 9 e 11, a montagem estrutural 145' pode incluir um ou mais membros superiores 155', um ou mais membros de extremidade 165' e um ou mais membros intermediários 170', que podem ser formados a partir de materiais similares e fixados através de conjuntos de procedimentos similares que os membros da montagem estrutural 145 da cavidade de controle 140. Os membros superiores 155' podem ter, por exemplo, um formato curvado que envolve uma porção superior da cavidade de controle 140'. Por exemplo, o membro superior 155' pode ter um formato semicircular que envolve uma porção superior da cavidade de controle 140'. Além disso, por exemplo, o membro superior 155' pode ter um formato substancial e completamente circular com uma porção inferior 160', de modo que o membro superior 155' que continua na porção inferior 160' possa envolver completamente a cavidade de controle 140'. Os membros de extremidade 165' podem ser fixados às porções de extremidade do membro superior 155' e às porções inferiores 160' para envolver completamente as cavidades de controle 140'. A montagem estrutural 145' pode se estender além da extensão das varas de combustível (que podem ser dispostas nos tubos de combustível 135') para incluir compartimentos de extremidade 142'. Os membros de extremidade 165' podem ter uma passagem 166' que está em comunicação fluida com a tubulação vertical 167', que pode permitir que o moderador liquido flua para fora em uma localização próxima ao topo dos compartimentos de extremidade 142', e pode permitir que o vapor de moderador flua livremente em ambas as direções entre os compartimentos de extremidade 142' e a tubulação vertical 167'. A extremidade inferior da tubulação vertical 167' pode levar para o reservatório de moderador 168', que pode conter tanto o moderador liquido quanto o vapor de moderador. Quando o membro superior 155' é, por exemplo, um formato semicircular, o membro superior 155' e os membros intermediários 170' podem formar uma cavidade que tem uma porção superior fechada e uma porção de fundo aberta. Desse modo, o membro superior 155' e os membros intermediários 170' podem impedir substancialmente o movimento do moderador para dentro e para fora de uma porção superior da cavidade de controle 140', enquanto permite que o moderador seja livre para se mover para dentro e para fora de uma porção inferior da cavidade de controle 140'. Quando o membro superior 155' é, por exemplo, um circulo substancialmente completo, os membros intermediários 170' somente podem cobrir uma porção superior de um corte transversal circular aberto formado pelo membro superior 155' que inclui a porção inferior 160'. Desse modo, os membros intermediários 170' e o membro superior 155' que têm a porção inferior 160' podem impedir substancialmente o movimento do moderador para dentro e para fora de uma porção superior da cavidade de controle 140', enquanto permite que o moderador se mova para dentro e para fora de uma porção inferior da cavidade de controle 140'.

[0084] Um ou mais membros intermediários 170' podem ser dispostos entre e fixados a uma superfície interior do membro superior 155'. Os membros intermediários 170' podem ser dispostos em qualquer intervalo ao longo da cavidade de controle 140'. Os membros intermediários 170' podem impedir substancialmente o movimento do moderador através da cavidade de controle 140' em uma porção superior da cavidade de controle 140'. Os membros intermediários 170' podem ter uma altura que é menor do que uma altura da cavidade de controle 140'. Desse modo, os membros intermediários 170' podem servir como defletores para bloquear o movimento do moderador em uma porção superior da cavidade de controle 140' e permitir o movimento do moderador em uma porção inferior da cavidade de controle 140'. O moderador pode ser livre para se mover através de uma porção inferior da cavidade de controle 140' movendo-se sob os membros intermediários 170', e pode se mover entre a zona refletora 95, os compartimentos de extremidade 142' e a cavidade de controle 140' movendo-se sob os membros intermediários 170'.

[0085] Conforme representado nas Figuras 9 e 11, as cavidades de controle 140' podem incluir o mesmo moderador que o moderador nos compartimentos de extremidade 142', devido ao fato de que o moderador pode se mover entre a zona refletora 95 e as cavidades de controle 140'. À medida que o moderador confinado na cavidade de controle 140' é aquecido pelos nêutrons, pela radiação gama e pela condução térmica dos tubos de combustível 135', parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140' pode ser aquecido para um estado gasoso em uma zona gasosa 185'. Parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140 pode estar também em um estado liquido em uma zona liquida 190'. A zona gasosa 185' e a zona liquida 190' podem ser separadas por um limite 195'. O tamanho da zona gasosa 185' e da zona liquida 190' pode variar entre as cavidades de controle 140', e entre os membros intermediários diferentes 170' dentro de uma única montagem estrutural 145'. Desse modo, a localização do limite 195' pode variar entre as cavidades de controle 140' e entre os membros intermediários diferentes 170' dentro de uma única montagem estrutural 145'. Por exemplo, uma dada cavidade de controle 140' pode ter tanto uma zona gasosa 185' quanto uma zona liquida 190', substancialmente somente uma zona gasosa 185', ou substancialmente somente uma zona liquida 190'.

[0086] A zona liquida 190', a zona gasosa 185' e o limite 195' podem ter características similares às características da zona liquida 190, da zona gasosa 185 e do limite 195, respectivamente, discutidos acima com referência à cavidade de controle 140. Por exemplo, o tamanho da zona gasosa 185' pode permanecer substancialmente constante, e o limite 195' pode permanecer relativamente estacionário, quando a quantidade de calor conferida através dos nêutrons rápidos, da radiação gama, e da condução dos tubos de combustível 135' e a quantidade de calor removida pelo subsistema de refrigerante de reator 25 são substancialmente iguais.

[0087] As Figuras 12A a 12F ilustram uma terceira modalidade exemplificativa alternativa do reator 15. Essa modalidade inclui uma matriz hexagonal de tubos de combustível verticais (por exemplo, conforme ilustrado nas Figuras 12A e 6) e um moderador quente que pode ser resfriado bombeando-se o moderador quente a partir de um espelho d'água, resfriando o moderador quente, e bombeando o moderador de volta para o núcleo de reator e as cavidades de controle por meio do subsistema de refrigerante de reator 25. Nessa modalidade (conforme ilustrado na Figura 12F), cada montagem de cavidades de controle pode se encaixar verticalmente no espaço delimitado pelos quatro tubos de combustível verticais. Conforme ilustrado na Figura 12B, essa modalidade pode incluir um núcleo de reator 100a.

[0088] O núcleo de reator 100a pode incluir uma montagem de combustível 125a que é similar à montagem de combustível 125, e uma matriz de cavidade de controle 130a. A matriz de cavidade de controle 130a pode conter um bolso de moderador e/ou vapor de moderador adjacente à montagem de combustível 125a. Nessa modalidade, conforme descrito mais completamente abaixo, um tubo de refrigerante de moderador 335a pode ter orifícios pequenos 337a dispostos nos ledos e que se estendem ao longo de um comprimento do tubo de refrigerante de moderador 335a, e as cavidades de controle 140a podem ser resfriadas através de um pulverizador fino de moderador relativamente mais frio pulverizado a partir do tubo de refrigerante de moderador 335a.

[0089] A matriz de cavidade de controle 130a pode incluir uma matriz tridimensional das cavidades de controle 140a. Por exemplo, a matriz tridimensional das cavidades de controle 140a pode servir como um alojamento para compartimentalizar e/ou confinar os bolsos de moderador adjacente aos tubos de combustível 135a da montagem de combustível 125a. Conforme representado nas Figuras 12A a 12F, a pluralidade de cavidades de controle 140a pode ser disposta em pilhas verticais com as pilhas dispostas horizontalmente uma à outra assim como sendo empilhadas verticalmente. Conforme representado na Figura 12E, as cavidades de controle 140a podem ser escalonadas verticalmente dentro da matriz de cavidade de controle 130a. As cavidades de controle 140a podem ser dispostas em qualquer configuração adequada para confinar os bolsos de moderador e/ou do vapor de moderador adjacente aos tubos de combustível 135a.

[0090] Conforme representado nas Figuras 12C a 12F, cada cavidade de controle 140a pode incluir o tubo de refrigerante de moderador 335a, um membro superior aproximadamente cônico 155a e um membro lateral 160a. Conforme ilustrado, o membro lateral 160a pode ser aproximadamente trapezoidal (por exemplo, na matriz de tubo de combustível hexagonal ilustrada) com cantos denteados 161a para os tubos de combustível 135a ou aproximadamente quadrado (não ilustrado) para uma matriz de tubo de combustível quadrada. Os membros superiores 155a podem ser unidos sem vãos ao membro lateral 160a e ao tubo de refrigerante de moderador 335a para confinar um bolso do moderador e/ou do vapor de moderador adjacente aos tubos de combustível 135a. O moderador pode ser livre para se mover para a ou a partir da cavidade de controle 140a por meio do fundo aberto da cavidade de controle 140a e através de um vão 162a entre o fundo de um dado membro lateral 160a e o topo do membro lateral 160a da cavidade abaixo.

[0091] Os membros superiores 155a, o membro lateral 160a e o tubo de refrigerante de moderador 335a podem ser formados a partir de quaisquer materiais estruturais adequados para direcionar o movimento do moderador e/ou confinar o moderador tal como, por exemplo, liga de zircônio. Os membros superiores 155a, o membro lateral 160a e o tubo de refrigerante de moderador 335a podem ser fixados uns aos outros através de qualquer conjunto de procedimentos adequado tal como, por exemplo, soldagem. Os membros superiores 155a, o membro lateral 160a e o tubo de refrigerante de moderador 335a podem ser também formados de modo integral uns com os outros. Os membros superiores 155a, o membro lateral 160a e o tubo de refrigerante de moderador 335a podem ser fixados para formar, por exemplo, uma cavidade que tem uma porção superior fechada e uma porção de fundo aberta. Desse modo, o membro superior 155a, o membro lateral 160a e o tubo de refrigerante de moderador 335a podem impedir substancialmente o movimento do moderador para dentro e para fora de uma porção superior da cavidade de controle 140a, enquanto permite que o moderador seja livre para se mover para dentro e para fora de uma porção inferior da cavidade de controle 140a. A porção superior da cavidade de controle 140a pode incluir o membro superior 155a, as porções superiores do membro lateral 160a e as porções do tubo de refrigerante de moderador 335a. A porção inferior da cavidade de controle 140a pode incluir as porções inferiores do membro lateral 160a e as porções do tubo de refrigerante de moderador 335a.

[0092] O vão 162a pode permitir o movimento do moderador entre a zona refletora 95 e a cavidade de controle 140a, diretamente ou por meio de um vão 182a formado entre as cavidades de controle 140a dispostas horizontalmente, adjacentes, ou entre as cavidades de controle 140a e os tubos de combustível 135a.

[0093] Conforme representado nas Figuras 12B e 12E, as cavidades de controle 140a podem incluir o mesmo moderador que a zona refletora 95, devido ao fato de que o moderador pode ser livre para se mover entre a zona refletora 95 e as cavidades de controle 140a por meio de vãos 162a e 182a. À medida que o moderador confinado na cavidade de controle 140a é aquecido pelos nêutrons e pela radiação gama emitida a partir dos tubos de combustível 135a, e o calor é conduzido a partir dos tubos de combustível 135a, parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140a pode ser aquecido para um estado gasoso em uma zona gasosa 185a. Parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140a pode estar também em um estado liquido em uma zona liquida 190a. A zona gasosa 185a e a zona liquida 190a podem ser separadas por um limite 195a. 0 tamanho da zona gasosa 185a e da zona liquida 190a pode variar entre cavidades de controle diferentes 140a e dentro de cada cavidade de controle 140a em momentos diferentes durante uma operação do reator 15.

[0094] Desse modo, a localização do limite 195a pode variar entre as cavidades de controle 140a. Por exemplo, uma dada cavidade de controle 140a pode ter tanto uma zona gasosa 185a quanto uma zona liquida 190a, substancialmente somente uma zona gasosa 185a, ou substancialmente somente uma zona liquida 190a.

[0095] O calor conferido por meio dos nêutrons, da radiação gama e/ou da condução a partir dos tubos de combustível 135a pode fazer com que o moderador liquido da zona liquida 190a seja mantido em uma temperatura muito próxima do ponto de ebulição do moderador. Por exemplo, o moderador da zona líquida 190a pode ser mantido em um estado latente. À medida que o moderador na zona líquida 190a é ferve ligeiramente, parte do moderador pode evaporar e subir para a zona gasosa 185a. O moderador na zona líquida 190a pode ser resfriado misturando-se com o moderador relativamente mais frio que passa para a cavidade de controle 140a através dos orifícios pequenos 337a no tubo de refrigerante de moderador 335a. Além disso, o moderador na zona gasosa 185a pode condensar ao redor das gotículas de um pulverizador de moderador relativamente mais frio, fino, que passa através dos orifícios pequenos 337a no tubo de refrigerante de moderador 335a, ou pode condensar e gotejar de volta para a zona líquida 190a ao longo das superfícies internas da cavidade de controle 140a e/ou de uma superfície externa do tubo de refrigerante de moderador 335a. O tamanho da zona gasosa 185a pode permanecer, portanto, substancialmente constante, e o limite 195a pode permanecer relativamente estacionário, guando a guantidade de calor conferida através dos nêutrons e radiação gama a partir dos tubos de combustível 135a e a guantidade de calor removida pelo subsistema de refrigerante de reator 25 são substancialmente iguais. Conforme descrito adicionalmente abaixo, o tamanho da zona gasosa 185a e uma posição do limite 195a podem variar ligeiramente durante curtos periodos de tempo (por exemplo, durante um periodo de dias) com base na carga de samário e de xênon do combustível, e podem variar significativamente durante longos periodos de tempo (por exemplo, durante um periodo de anos), com base, por exemplo, no envelhecimento (ou esgotamento) do combustível. O tamanho da zona gasosa 185a e a posição do limite 195a podem variar ligeiramente durante e brevemente após periodos de mudança na taxa de resfriamento através do subsistema de refrigerante de reator 25.

[0096] Conforme ilustrado na Figura 12E, as cavidades de controle 140a podem ser resfriadas através do movimento do moderador mais frio através do tubo de refrigerante de moderador 335a e para as cavidades de controle 140a através de um ou mais orifícios 337a localizados nos lados do tubo de refrigerante de moderador 335a. Os orifícios 337a podem ser de gualguer tamanho adeguado para o movimento do moderador tal como, por exemplo, os orifícios gue são peguenos em tamanho. Um volume substancialmente igual de moderador mais guente pode se mover, então, a partir da cavidade de controle 140a para a zona refletora 95 por meio do vão 162a na porção inferior da cavidade de controle 140a.

[0097] Conforme representado nas Figuras 12C e 12D, a parte inferior da zona refletora 95 pode ser resfriada através do movimento do moderador mais frio a partir do tubo de refrigerante de moderador 335a através de um ou mais orifícios pequenos 338a localizados em uma tampa em uma extremidade inferior do tubo de refrigerante de moderador 335a.

[0098] A Figura 12G fornece uma vista em perspectiva da disposição das cavidades de controle 140a do núcleo de reator 100a. Contempla-se que os vários elementos revelados dos reatores 100, 100', 100a e/ou 100b podem ser usados em combinação uns com os outros.

[0099] As Figuras 12H a 12M representam uma quarta modalidade com uma matriz de tubos de combustível verticais e moderador quente resfriado bombeando-se o moderador quente a partir do espelho d'água 105 e da matriz de cavidade de controle 130b, resfriando os mesmos, e bombeando o moderador mais frio de volta para a matriz de cavidade de controle 130b e o espelho d'água 105. Nessa modalidade, cada montagem de cavidades de controle pode ser uma pilha anular de cavidades de controle que circunda um único tubo de combustível vertical. Conforme ilustrado na Figura 12H, essa modalidade pode incluir um núcleo de reator 100b.

[00100] O núcleo de reator 100b pode incluir uma montagem de combustível 125b, que é similar à montagem de combustível 125, e uma matriz de cavidade de controle 130b. As cavidades de controle 140b da matriz de cavidade de controle 130b podem conter um bolso de moderador e/ou de vapor de moderador adjacente à montagem de combustível 125b.

[00101] A montagem de combustível 125b pode ser qualquer tipo de combustível nuclear adequado para uso em uma reação nuclear. Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 12J, a montagem de combustível 125b pode incluir feixes de varas de combustível 127b que são dispostas em uma pluralidade de tubos de combustível 135b. Por exemplo, a montagem de combustível 125b pode incluir uma disposição de dúzias a centenas de tubos de combustível 135b. Por exemplo, a montagem de combustível 125b pode incluir entre aproximadamente 19 e aproximadamente 500 tubos de combustível 135b que são de aproximadamente três polegadas a aproximadamente 18 polegadas em diâmetro. Cada tubo de combustível 135b pode incluir um único feixe de combustível de varas de combustível relativamente longas 127b ou qualquer número adequado de feixes de combustível tal como, por exemplo, 12 feixes de combustível de varas de combustível relativamente curtas 127b. Cada feixe de combustível pode incluir qualquer número adequado de varas de combustível 127b entre aproximadamente 19 e aproximadamente 1.231 varas de combustível tal como, por exemplo, 37 varas de combustível. A montagem de combustível 125b pode incluir qualquer combustível adequado para uma reação nuclear tal como, por exemplo, urânio natural, urânio enriquecido, plutônio, ou tório, individualmente ou em várias misturas. As varas de combustível 127b podem ser combustível metálico moldado, ou varas de combustível ou pelotas de óxido de combustível em um tubo de revestimento (por exemplo, um tubo de liga de zircônio). Por exemplo, a montagem de combustível 125b pode incluir um combustível de urânio/plutônio misturado ou um combustível misturado de combustível de reator de água leve usado e tório. Os tubos de combustível 135b também podem conter o combustível em outras formas diferentes de varas tal como, por exemplo, esferas ou seixos. Os tubos de combustível 135b podem conter também um sal fundido em que o íon metálico do sal é um íon do combustível, e o sal fundido funciona tanto como o combustível quanto como o refrigerante.

[00102] Cada tubo de combustível 135b pode conter o refrigerante primário além do combustível. O refrigerante primário pode incluir qualquer material em um estado fluido adequado tal como, por exemplo, água pesada, água leve, metal líquido adequado (por exemplo, chumbo ou sódio), sais fundidos adequados, fluidos orgânicos adequados e/ou um gás adequado (por exemplo, hélio) .

[00103] A montagem de combustível 125b pode incluir os tubos de combustível 135b que são dispostos verticalmente (por exemplo, conforme ilustrado na Figura 2). A montagem de combustível 125b pode incluir tubos de combustível 135b dispostos em qualquer configuração adequada tal como, por exemplo, uma matriz de ângulo reto conforme ilustrado nas Figuras 4 e 5. A montagem de combustível 125b pode incluir também, por exemplo, os tubos de combustível 135b que são dispostos em uma matriz hexagonal conforme ilustrado na Figura 6. Os tubos de combustível 135b podem ser, por exemplo, dispostos substancial e verticalmente.

[00104] Com referência novamente às Figuras 12H a 12M, a matriz de cavidade de controle 130b pode incluir uma matriz tridimensional de cavidades de controle 140b. Por exemplo, a matriz tridimensional de cavidades de controle 140b pode servir como um alojamento para compartimentalizar e/ou confinar bolsos de moderador adjacentes aos tubos de combustível 135b da montagem de combustível 125b. Conforme representado nas Figuras 12H a 12M, a pluralidade de cavidades de controle 140b pode ser disposta em pilhas verticais com as pilhas dispostas horizontalmente em relação umas às outras, além de estarem empilhadas verticalmente. As cavidades de controle 140b podem ser escalonadas verticalmente no interior da matriz de cavidade de controle 130b. As cavidades de controle 140b podem ser dispostas em qualquer configuração adequada para confinar bolsos de moderador e /ou vapor de moderador adjacente aos tubos de combustível 135b.

[00105] Conforme representado nas Figuras 12J a 12M, cada cavidade de controle 140b pode incluir um tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b, um tubo de escoamento de moderador 337b, um membro superior inclinado 155b e membros laterais 160b e 162b. Conforme mostrado na Figura 12L, o membro lateral 160b pode ser, por exemplo, aproximadamente circular ou aproximadamente hexagonal para um arranjo de tubo de combustível hexagonal, ou aproximadamente quadrado para um arranjo de tubo de combustível quadrado. Os membros superiores 155b podem ser unidos sem vãos em relação aos membros laterais 160b e 162b, tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b, e/ou tubo de escoamento de moderador 337b para confinar um bolso do moderador e/ou vapor de moderador adjacente aos tubos de combustível 135b. O moderador pode ser livre para se mover entre a cavidade de controle 140b e o tubo de escoamento de refrigerante de moderador 337b através de um orifício 338b localizado na porção inferior de cada cavidade de controle 140b.

[00106] Os membros superiores 155b, membros laterais 160b e 162b e tubos 335b e 337b podem ser formados a partir de quaisquer materiais estruturais adequados para direcionar o movimento do moderador ou confinar o moderador tal como, por exemplo, liga de zircônio. Os membros superiores 155b, membros laterais 160b e 162b e tubos 335b e 337b podem ser fixados uns aos outros por qualquer técnica adequada, tal como, por exemplo, soldagem. Os membros superiores 155b, membros laterais 160b e 162b e tubos 335b e 337b também podem ser formados de modo integral uns aos outros. Os membros superiores 155b, membros laterais 160b e 162b e tubos 335b e 337b podem ser fixados para formarem, por exemplo, uma cavidade que tem uma porção superior fechada e uma porção de fundo aberta. Desse modo, o membro superior 155b, membros laterais 160b e 162b e tubos 335b e 337b podem, substancialmente, evitar o movimento do moderador para dentro e fora de uma porção superior de cavidade de controle 140b, enquanto permitem que o moderador se mova para dentro e fora de uma porção inferior da cavidade de controle 140b. A porção superior da cavidade de controle 140b pode incluir membro superior 155b, porções superiores de membros laterais 160b e 162b e porções de tubos 335b e 337b. A porção inferior da cavidade de controle 140b pode incluir porções inferiores de membros laterais 160b e 162b, e porções de tubos 335b e 337b. O orifício 338b e o tubo de escoamento de moderador 337b podem permitir o movimento do moderador entre a zona refletora 95 e as cavidades de controle 140b. O tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b pode ser vedado em sua extremidade de topo (por exemplo, em uma cavidade de controle mais superior 140b associada a um dado tubo de combustível 135b, conforme ilustrado na Figura 12K). Um vão 180b pode estar disposto entre cavidades de controle 140b e tubos de combustível 135b e pode ser preenchido com um gás inerte ou outro material adequado e pode ser fechado em uma porção de topo e/ou fundo para conter tal material ou para reduzir a circulação de convecção.

[00107] Conforme representado nas Figuras 121 e 12L, as cavidades de controle 140b podem incluir substancialmente o mesmo moderador que a zona refletora 95, porque o moderador pode se mover entre a zona refletora 95 e as cavidades de controle 140b através do tubo de escoamento de moderador 337b e do orifício 338b. Conforme o moderador confinado na cavidade de controle 140b é aquecido por nêutrons e radiação gama emitida dos tubos de combustível 135b e pela condução térmica do tubo de combustível 135b, parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140b pode ser aquecido até um estado gasoso em uma zona gasosa 185b. Parte ou todo o moderador na cavidade de controle 140b também pode estar em um estado liquido em uma zona liquida 190b. Uma zona gasosa 185b e zona liquida 190b podem ser separadas por um limite 195b. O tamanho da zona gasosa 185b e da zona liquida 190b pode variar entre cavidades de controle diferentes 140b. Desse modo, a localização do limite 195b pode variar entre cavidades de controle 140b. Por exemplo, uma dada cavidade de controle 140b pode ter ambas uma zona gasosa 185b e uma zona liquida 190b, substancialmente apenas uma zona gasosa 185b, ou substancialmente apenas uma zona liquida 190b.

[00108] Calor conferido através de nêutrons, radiação gama, e/ou condução térmica a partir de tubos de combustível 135b pode fazer com que o moderador liquido da zona liquida 190b seja mantido a uma temperatura muito próxima do ponto de ebulição do moderador. Por exemplo, o moderador da zona liquida 190b pode ser mantido em um estado latente. Conforme o moderador na zona liquida 190b começa a ferver, parte do moderador pode evaporar e subir para a zona gasosa 185b. Além disso, o moderador na zona gasosa 185b que está próxima ao tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b ou que tem moderador frio aspergido no m esmo a partir do tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b através dos orifícios 336b pode condensar e pingar de volta para a zona liquida 190b da cavidade de controle 140b. Os orifícios 336b podem ser de qualquer tamanho adequado para o movimento do moderador tal como, por exemplo, orifícios que são de tamanho pequeno. O tamanho da zona gasosa 185b pode, portanto, permanecer substancialmente constante e o limite 195b pode permanecer relativamente estacionário, quando a quantidade de calor conferido a cada cavidade de controle 140b por tubos de combustível 135b (por exemplo, por transferência de calor, diminuição da velocidade de nêutron e/ou radiação gama) e a quantidade de calor removida pelo influxo de moderador mais frio é substancialmente igual. Conforme descrito adicionalmente abaixo, o tamanho da zona gasosa 185b e a posição do limite 195b podem variar levemente através de períodos curtos de tempo (por exemplo, através de um período de horas ou dias) com base na carga de xênon e samário do combustível, e pode variar significativamente através de longos períodos de tempo (por exemplo, durante um período de anos), com base em, por exemplo, a idade (ou esgotamento) do combustível. O tamanho da zona gasosa 185b e a posição do limite 195b podem variar levemente durante e pouco depois de periodos de mudança na taxa de resfriamento pelo subsistema de refrigerante de reator 25.

[00109] Conforme ilustrado na Figura 12J, as cavidades de controle 140b podem ser resfriadas pelo movimento do moderador mais frio através do tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b e para o interior das cavidades de controle 140b através dos orifícios 336b nas laterais do tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b. Um volume substancialmente igual de moderador mais quente pode se mover para fora da cavidade de controle 140b par ao interior da zona refletora 95 e para o subsistema de refrigerante de reator 25 através do orificio 338b e do tubo de escoamento de moderador 337.

[00110] Conforme representado nas Figuras 121, 12J e 12K, a porção inferior da zona refletora 95 pode ser resfriada por fluxo do moderador mais frio a partir do tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b através de orifícios 336b na porção inferior do tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b, sendo que o moderador em excesso flui para o subsistema de refrigerante de moderador 315 (descrito abaixo) através do tubo de escoamento de refrigerante de moderador 337b.

[00111] Conforme representado nas Figuras 121, 12J e 12K, a porção superior da zona refletora 95 e a matriz de cavidade de controle 130b podem ser resfriadas por evaporação ocorrendo no limite 115. Durante a evaporação, excesso de moderador de vapor pode se mover para o interior do subsistema de refrigerante de moderador 315 (descrito abaixo) através de um tubo de transferência 323b.

[00112] Conforme mostrado na Figura 12N, um tanque 377b que contém água não pressurizada (H2O) pode incluir uma pluralidade de tubos de troca de calor de moderador 390b que são conectados de modo fluido a um tubo de refrigerante de moderador 327b. Os tubos de troca de calor de moderador 390b podem se estender através da água não pressurizada (H2O) contida no tanque 377b e podem ser conectados de modo fluido através de uma passagem 355b com uma bomba de refrigeração de moderador 350b. Uma passagem 322b pode conectar de modo fluido a bomba de refrigeração de moderador 350b ao tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b que está disposto na matriz de cavidade de controle 130b. Uma válvula de controle de pressão de vapor 380b pode permitir a passagem de parte do moderador de vapor a partir do tubo de transferência de vapor 323b para uma pluralidade de tubos de troca de calor de vapor 385b quando uma pressão no tubo de transferência de vapor 323b está maior que uma pressão desejada. O vapor de moderador nos tubos de troca de calor de vapor 385b pode condensar nas paredes internas dos tubos de troca de calor de vapor 385b ou pode escapar para fora de uma porção de fundo dos tubos de troca de calor de vapor 385b e condensar para o moderador frio disposto no tubo de troca de calor do moderador 390b.

[00113] O tanque 377b pode ser qualquer tanque adequado para ser substancialmente preenchido com água não pressurizada (H2O) de modo que a temperatura possa não exceder o ponto de ebulição de água (H2O). Em operação normal, o tanque 377b pode ser resfriado por qualquer método adequado para logo abaixo do ponto de ebulição da água (H2O). Em uma situação em que a potência do reator 15 é interrompida, ou outra situação em que o resfriamento normal opera anormalmente, o tanque 377b pode ser resfriado por evaporação a partir da superfície da água (H20) disposta no tanque 377b.

[00114] Conforme ilustrado na Figura 13, o subsistema de refrigerante de reator 25 pode incluir um subsistema de transferência 305, um subsistema de refrigerante de combustível 310 e um subsistema de refrigerante de moderador 315. O subsistema de transferência 305 pode transferir refrigerante de reator entre o trocador de calor 20 e o núcleo de reator 100, 100', 100a e/ou 100b. O subsistema de refrigerante de combustível 310 pode facilitar a troca de calor a partir de tubos de combustível 135, 135', 135a e 135b, e o subsistema de refrigerante de moderador 315 pode facilitar a troca de calor de cavidades de controle 140', 140a, 140b e zona refletora 95.

[00115] O refrigerante de reator de subsistema de refrigerante de reator 25 pode ser qualquer material de fluido adequado para facilitar a troca de calor do núcleo de reator 100, 100', 100a e/ou 100b. Por exemplo, o refrigerante de reator pode incluir D2O ("água pesada"), H2O ("água leve"), metal fundido ou sal, ou um gás. Um refrigerante semelhante pode ser usado para o subsistema de refrigerante de combustível 310 e subsistema de refrigerante de moderador 315, ou um refrigerante diferente pode ser usado para o subsistema de refrigerante de combustível 310 e o subsistema de refrigerante de moderador 315.

[00116] O subsistema de transferência 305 pode incluir uma passagem de refrigerante de reator fria 320 e uma passagem de refrigerante de reator quente 325. As passagens 320 e 325 podem ser formadas de qualquer material adequado para transferir o refrigerante de reator tal como, por exemplo, liga de zircônio e/ou aço. As mesmas passagem 320 e passagem 325 podem transferir o refrigerante de reator tanto para o subsistema de refrigerante de combustível 310 quanto para o subsistema de refrigerante de moderador 315 (como, por exemplo, na primeira modalidade exemplificativa) , ou as passagens separadas 320 e 325 podem ser fornecidos para o subsistema de refrigerante de combustível 310 e as passagens 322a, 327a, 322b, 327b e passagens semelhantes no núcleo de reator 100' (não mostrado) para o subsistema de refrigerante de moderador 315. A passagem de refrigerante de reator frio 320 pode transferir o refrigerante de reator frio de trocador de calor 20 para o reator 15. O refrigerante de reator frio pode estar em um estado liquido e pode ser qualquer temperatura adequada para facilitar troca de calor do reator 15.

[00117] Referindo-se de volta à Figura 2, por exemplo, a passagem de refrigerante de reator fria 320 pode passar através das aberturas da estrutura de contenção 85 e para o interior da zona refletora 95. A passagem de refrigerante de reator frio 320 pode se comunicar com as passagens do subsistema de refrigerante de combustível 310 e subsistema de refrigerante de moderador 315 dentro da zona refletora 95 e pode, através disso, suprir o subsistema de refrigerante de combustível 310 e o subsistema de refrigerante de moderador 315 com refrigerante de reator frio para troca de calor. A passagem de refrigerante de reator quente 325 pode estar em comunicação fluida com o subsistema de refrigerante de combustível 310 e o subsistema de refrigerante de moderador 315 e pode receber refrigerante de reator quente (por exemplo, refrigerante de reator que passou através do núcleo de reator 100, 100', 100a e/ou 100b em tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b, facilitando, através disso, a troca de calor com o núcleo de reator 100, 100', 100a e/ou 100b) do subsistema de refrigerante de combustível 310 e do subsistema de refrigerante de moderador 315. A passagem de refrigerante de reator quente 325 pode transferir o refrigerante de reator quente do reator 15 de volta para o trocador de calor 20.

[00118] Conforme ilustrado, por exemplo, na Figura 3, o subsistema de refrigerante de combustível 310 pode incluir uma pluralidade de passagens 330 que podem estar em comunicação fluida com a passagem de reator frio 320 e passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305. O refrigerante de reator frio pode fluir da passagem de reator frio 320 para as passagens 330. As passagens 330 podem estar dispostas levando aos e a partir dos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. O refrigerante de reator frio pode passar através das passagens 330, passando, através disso, dos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b para facilitar a troca de calor com os tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. O refrigerante de reator frio pode ser aquecido pelo combustível disposto nos tubos 135, 135', 135a e/ou 135b e pode ser transferido dos tubos de combustível 135, 135', 135a e 135b por meio das passagens 330. As passagens 330 podem então transferir o refrigerante de reator quente para a passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305. O refrigerante de reator quente pode estar em um estado substancial e completamente líquido, pode estar em um estado parcialmente líquido e um estado parcialmente gasoso, ou pode estar em um estado substancial e completamente gasoso.

[00119] Conforme ilustrado, por exemplo, na Figura 2, o subsistema de refrigerante de moderador 315 pode incluir uma pluralidade de passagens 335 que podem estar em comunicação fluida com a passagem de reator refrigerante de reator frio 320 e passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305. O refrigerante de reator frio pode fluir da passagem de refrigerante de reator frio 320 para as passagens 335 e 330. O refrigerante de reator frio pode estar em um estado líquido. As passagens 335 podem estar dispostas dentro de cavidades de controle 140. O refrigerante de reator frio pode passar através das passagens 335, passando, através disso, através das cavidades de controle 140 para facilitar a troca de calor com as cavidades de controle 140. O refrigerante de reator frio pode ser aquecido pelo moderador confinado dentro das cavidades de controle 140 em refrigerante de reator aquecido e pode ser transferido das cavidades de controle 140 por meio das passagens 335. Semelhante à troca de calor realizada pelas passagens 335 nas cavidades de controle reveladas, as passagens 330 podem transferir refrigerante de reator frio a partir da passagem de refrigerante de reator fria 320 através do espelho d'água 105. Contempla-se também que o refrigerante de reator frio pode ser aquecido pelo moderador de espelho d'água 105 em refrigerante de reator aquecido. As passagens 335 e 330 podem então transferir o refrigerante de reator aquecido para uma porção inferior dos tubos de combustível 135, através dos tubos de combustível 135 (em que é aquecido pelo combustível para se tornar o refrigerante de reator quente) e então para a passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305. O refrigerante de reator quente pode estar em um estado substancial e completamente líquido, pode estar em um estado parcialmente líquido e um estado parcialmente gasoso.

[00120] A Figura 14 ilustra uma ilustração detalhada exemplificativa da passagem 335 conforme a mesma passa através das cavidades de controle 140 para facilitar a troca de calor das cavidades de controle 140. A passagem 335 pode ser conectada à passagem de refrigerante de reator fria 320 e/ou à passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305 diretamente ou por meio de uma passagem intermediária 345. A passagem 335 pode incluir um membro de entrada 350, um membro interno 355, um membro externo 3 60 e um membro de saída 3 65. O membro de entrada 350 pode conectar de forma fluida a passagem intermediária 345 com o membro interno 355. O membro interno 355 pode estar disposto dentro de um interior do membro externo 360. Por exemplo, o membro interno 355 e o membro externo 360 podem ser uma disposição de tubos concêntricos. O membro de saída 365 pode conectar de forma fluida o membro externo 360 com a passagem intermediária 345. O membro de entrada 350 pode passar através de uma abertura em uma parede do membro de saída 365 e pode estar disposta parcialmente dentro do membro de saída 365. O membro interno 355 pode ter uma porção de extremidade 37 0 que pode ser aberta. Uma pluralidade de aberturas 375 pode ser formada através de uma parede do membro interno 355. As aberturas 375 podem aumentar em tamanho e um espaço entre as aberturas 375 pode diminuir, em um movimento de direção em direção à porção de extremidade 370 do membro interno 355. O refrigerante de reator pode fluir do membro de entrada 350 e através de um canal 380 do membro interno 355. Algum refrigerante de reator pode passar através das aberturas 375 e para o interior de um canal 385, antes de atingir a porção de extremidade aberta 370 do membro interno 355. Um tamanho e frequência das aberturas 375 podem aumentar, em um movimento de direção em direção à porção de extremidade 370 e uma quantidade de mistura do refrigerante de reator entre os canais 380 e 385 podem aumentar em um movimento de direção em direção à porção de extremidade 370. O canal 385 pode ser formado entre o membro interno 355 e o membro externo 360 e pode ser um canal conformado em anel. Após passar através das aberturas 375 e/ou porção de extremidade aberta 370, refrigerante de reator pode fluir através do canal 385 e para o interior da passagem intermediária 345, por meio do membro de saida 365. O refrigerante de reator disposto no canal 385 pode ser aquecido pela condução térmica do moderador mais quente na cavidade de controle 140 através da parede do membro externo 360. Permitindo-se um pouco fluxo de refrigerante relativamente mais frio a partir do canal 380 para o canal 385 por meio das aberturas 375, a temperatura do refrigerante no canal 385 pode ser relativamente constante ao longo de seu comprimento. As aletas de transferência de calor (não mostrado) podem ser adicionadas às superficies interna e/ou externa do membro externo 360 para facilitar a transferência de calor.

[00121] Referindo-se de volta à Figura 13, subsistema de bomba 30 pode incluir uma bomba de refrigeração 390, uma bomba de H2O 395 e um motor 400. 0 motor 400 pode acionar a bomba de refrigeração 390 e a bomba de H2O 395.

[00122] A bomba de refrigeração 390 pode ser qualquer tipo adequado de bomba para pressurizar o fluxo de refrigerante de reator no subsistema de transferência 305. Por exemplo, a bomba de refrigeração 390 pode ser uma bomba de deslocamento positivo tal como uma bomba do tipo giratória, uma bomba do tipo reciproca, ou uma bomba do tipo linear. Além disso, por exemplo, a bomba de refrigeração 390 pode ser uma bomba de vapor, uma bomba de impulso, uma bomba de ariete hidráulico, ou uma bomba centrifuga. A bomba de refrigeração 390 pode pressurizar um fluxo de refrigerante de reator na passagem de refrigerante de reator fria 320 a partir do trocador de calor 20 para o reator 15 e dentro da passagem de refrigerante de reator quente 325 a partir do reator 15 de volta para o trocador de calor 20. A bomba de refrigeração 390 pode pressurizar o mesmo refrigerante de reator no subsistema de transferência 305 tanto para o subsistema de refrigerante de combustível 310 quanto para o subsistema de refrigerante de moderador 315, ou uma ou mais bombas de refrigeração 390 pode pressurizar separadamente o refrigerante de reator para o subsistema de refrigerante de combustível 310 e resfriar o moderador para o subsistema de refrigerante de moderador 315.

[00123] A bomba de H2O 395 pode ser de um tipo semelhante à bomba de refrigeração 390 e pode pressurizar um fluxo de água (H2O) e vapor (H2O) no subsistema de vapor de turbina 65. A bomba de H2O 395 pode pressurizar um fluxo de vapor quente (H2O) na passagem 70 a partir do trocador de calor 20 para a turbina 45, um fluxo de vapor excedente ou morto (H2O) na passagem 75 a partir da turbina 45 para o subsistema de resfriamento de turbina 60 e um fluxo de água (H2O) na passagem 80 do subsistema de resfriamento de turbina 60 para o trocador de calor 20.

[00124] O motor 400 pode ser qualquer tipo adequado de motor para acionar a bomba de refrigeração 390 e bomba de H2O 395 tal como, por exemplo, um motor de deslocamento variável ou fixo, um motor hidráulico do tipo de eixo geométrico dobrado, um motor hidráulico linear, um cilindro hidráulico ou um motor elétrico. O motor 400 pode acionar a bomba de refrigeração 390 e a bomba de H2O 395 de qualquer forma adequada tal como, por exemplo, por meio de uma ou mais hastes mecânicas 405. Por exemplo, o motor 400 pode acionar tanto a bomba de refrigeração 390 quanto a bomba de H2O 395 por meio de uma única haste mecânica 405. A haste mecânica 405 pode incluir um volante do motor que opera para mitigar as mudanças de fluxo rápido conforme o motor 400 aciona a bomba de refrigeração 390 e a bomba de H2O 395. O motor 400 também pode acionar a bomba de refrigeração 390 e a bomba de H2O 395 separadamente. Contempla-se também que o motor 400 pode acionar a bomba 390 e a bomba de H2O 395 por outras técnicas adequadas tal como, por exemplo, hidraulicamente. O motor 400 pode ser configurado para acionar tanto a bomba de refrigeração 390 quanto a bomba de H2O 395 em um nivel otimizado quando o sistema de reator nuclear 5 estiver operando em potência completa. O motor 400 pode acionar tanto a bomba de refrigeração 390 quanto a bomba de H2O 395 quando o motor 400 for desativado ou parar de operar e tanto a bomba de refrigeração 390 quanto a bomba de H2O 395 também podem desativar simultaneamente. Contempla-se também que cada bomba possa ter um motor separado.

[00125] Conforme ilustrado nas Figuras 16 a 18, o subsistema de refrigerante auxiliar 35 pode incluir um subsistema de laço de convecção 410 e um subsistema de troca de calor auxiliar 415. O subsistema de laço de convecção 410 e subsistema de troca de calor auxiliar 415 pode fornecer sistemas auxiliares para facilitar a troca de calor a partir do reator 15.

[00126] Conforme ilustrado na Figura 16, o subsistema de laço de convecção 410 pode incluir uma junção 425, um passagem 430, uma passagem 435, uma pluralidade de passagens 440 e 445, uma porção convergente 450, uma junção 455, uma válvula 460 e válvula 465. A junção 425, passagem 430, passagem 435, a pluralidade de passagens 440 e 445, a porção convergente 450 e a junção 455 podem ser formadas a partir de qualquer material adequado para transferir refrigerante de reator e pode estar em comunicação fluida para fornecer um trajeto de refrigerante de reator auxiliar. A junção 425 pode ser configurada para manter uma pressão A em uma entrada da passagem 430. Uma porção de refrigerante de reator que flui através da passagem de refrigerante de reator quente 325 pode fluir para o interior da passagem 430 na junção 425. A passagem 430 pode orientar o fluxo de refrigerante de reator para baixo, abaixo do limite 115 da zona refletora 95, orientando, através disso, o fluxo abaixo de uma superfície de topo do espelho d'água 105. O refrigerante de reator pode fluir da passagem 430, para cima através da passagem 435 e então em direção à estrutura de contenção 85 e vaso de pressão 90 por meio da pluralidade de passagens 440. A pluralidade de passagens 440 pode estar em comunicação fluida com a pluralidade de passagens 445. A pluralidade de passagens 440 e 445 pode ser dimensionada para ser menor do que as passagens 430 e 435 e pode ser, por exemplo, uma pluralidade de tubos pequenos. A pluralidade de passagens 445 pode estar disposta adjacente a uma superfície do vaso de pressão 90 de modo a ter uma boa troca de calor com o vaso de pressão 90. Por exemplo, a pluralidade de passagens 445 pode ser soldada ao vaso de pressão 90. A pluralidade de passagens 445 pode transferir refrigerante de reator para baixo ao longo do vaso de pressão 90, para uma posição próxima ou abaixo de um fundo do núcleo de reator 100, 100', 100a e/ou 100b.

[00127] A pluralidade de passagens 445 pode ser conectada de forma fluida com e convergir em uma ou mais porções convergentes 450, que podem ser maiores do que a pluralidade de passagens 445. Por exemplo, diversas passagens 445 podem convergir em cada uma dentre uma pluralidade de porções convergentes maiores 450. Uma ou mais porções convergentes 450 podem se conectar de forma fluida à passagem de refrigerante de reator fria 320 na junção 455. Uma junção 455 pode ser configurada para manter uma pressão B em uma saida de uma ou mais porções convergentes 450 de modo que quando a bomba de refrigeração 390 estiver fornecendo um fluxo de refrigerante para a operação de potência completa, a pressão A na passagem 430 pode equilibrar a pressão B de modo que relativamente pouco refrigerante passe entre a junção 425 e a junção 455 por meio das passagens 430, 435, 440, 445 e da porção convergente 450. Quando a bomba 390 não estiver operando e o núcleo de reator 100 ainda estiver produzindo calor, o refrigerante quente em tubos de combustível 135 pode subir e fluir para o interior da passagem 430 porque a passagem 325 pode ser substancialmente bloqueada pela bomba 390. A refrigerante quente pode continuar através das passagens 435 e 440 para a pluralidade de passagens 445. Nas passagens 445, o refrigerante pode transferir calor para a zona refletora 95 e vaso de pressão 90 e pode se tornar mais denso conforme o mesmo resfria. Esse moderador relativamente mais denso pode cair através da passagem 445 e da junção 455 e deslocar o moderador relativamente mais quente em tubos de combustível 135, criando, então, um circuito de convecção que pode resfriar os tubos de combustível 135.

[00128] As válvulas 460 e 465 podem ser fornecidas para isolar um fluxo de refrigerante de reator dentro do subsistema de laço de convecção 410 no caso de uma interrupção do fluxo e/ou perda de refrigerante, externo ao reator 15, do subsistema de refrigerante de reator 25. A válvula 460 pode estar disposta na passagem de refrigerante de reator fria 320 e pode ser qualquer válvula adequada para bloquear substancialmente o fluxo de refrigerante de reator para fora do reator 15. Por exemplo, a válvula 460 pode ser uma válvula unidirecional ou uma válvula de bloqueio inverso que pode permitir que o refrigerante de reator flua para o interior do reator 15 por meio da passagem de refrigerante de reator fria 320, mas pode bloquear substancialmente um fluxo de refrigerante de reator para fora do reator 15 por meio da passagem de refrigerante de reator fria 320. Por exemplo, a válvula 460 pode estar disposta na passagem de refrigerante de reator fria 320 em uma porção na ou próxima a uma superfície externa da estrutura de contenção 85. A válvula 465 pode estar disposta na passagem de refrigerante de reator quente 325 e pode ser qualquer válvula adequada para bloquear substancialmente o fluxo de refrigerante de reator do reator 15 quando a quantidade de refrigerante de reator for menor do que uma quantidade limite. Por exemplo, a válvula 4 65 pode ser uma válvula flutuante que pode permitir que o refrigerante de reator flua para fora do reator 15 por meio da passagem de refrigerante de reator quente 325 quando o nivel de refrigerante de reator for maior do que a quantidade limite, mas pode bloquear substancialmente um fluxo de refrigerante de reator do reator 15 por meio da passagem de refrigerante de reator quente 325 quando o nivel de refrigerante de reator for menor do que a quantidade limite. Por exemplo, a válvula 465 pode bloquear substancialmente o fluxo de refrigerante de reator do reator 15 quando a passagem de refrigerante de reator quente 325 estiver menor do que meio cheia de refrigerante de reator. A válvula 465 pode estar disposta na passagem de refrigerante de reator fria 325 em uma porção na ou próxima a uma superfície externa da estrutura de contenção 85.

[00129] Conforme ilustrado nas Figuras 17 e 18, o subsistema de troca de calor auxiliar 415 pode incluir um ou mais membros de troca de calor 470, um ou mais membros de troca de calor 475 e um ou mais membros de troca de calor 480. O membro de troca de calor 470, o membro de troca de calor 475 e o membro de troca de calor 480 podem facilitar a troca de calor para calor produzido pelo núcleo de reator 100, 100', 100a, ou 100b para uma localização distante do reator 15.

[00130] O membro de troca de calor 470 pode ser um elemento alongado para alojar um material. 0 membro de troca de calor pode estar disposto na estrutura de contenção 85 (por exemplo, moldado dentro de uma parede da estrutura de contenção 85) e pode estar disposto próximo ao vaso de pressão 90 ou em contato com uma superfície externa do vaso de pressão 90. O membro de troca de calor 470 pode estar disposto radialmente na estrutura de contenção 85, de modo que uma extremidade do membro de troca de calor 470 possa estar adjacente a ou em contato com o vaso de pressão 90 e a outra extremidade do membro de troca de calor 470 possa estar próxima de uma porção externa da estrutura de contenção 85. Por exemplo, o membro de troca de calor 470 pode ser uma cavidade alongada que aloja um material em mudança de estado. Por exemplo, o membro de troca de calor 470 pode incluir uma cavidade que aloja uma liga de metal. Por exemplo, o membro de troca de calor 47 0 pode ser um tubo de aço que é preenchido com uma liga de metal. A liga de metal de estado mutável pode ser um material que tem um ponto de fusão que é levemente superior a uma temperatura de operação normal do moderador da zona refletora 95. Por exemplo, o membro de troca de calor 470 pode ser um tubo de aço oco que é substancial e totalmente preenchido com chumbo, estanho e/ou qualquer outro material com um ponto de fusão adequado. Se a temperatura do moderador dentro da zona refletora 95 exceder sua temperatura de operação normal, o material em mudança de estado alojado dentro do membro de troca de calor 470 pode ser aquecido de um estado sólido para um estado liquido. Por exemplo, o membro de troca de calor 47 0 pode incluir chumbo como um material em mudança de estado, que pode ser fundido em chumbo derretido quando o moderador dentro da zona refletora 95 exceder sua temperatura de operação normal. Quando o material em mudança de estado mudar de estado (por exemplo, quando o chumbo derreter), as propriedades de condutividade do material em mudança de estado podem aprimorar. Portanto, o material em mudança de estado do membro de troca de calor 470 pode transferir de forma eficaz o calor (por exemplo, por convecção) para longe do vaso de pressão 90 e em direção a um exterior da estrutura de contenção 85 (que pode ter condutividade térmica baixa), conforme o material em mudança de estado derrete. Contempla-se também que o material em mudança de estado alojado dentro do membro de troca de calor 470 pode estar em um estado liquido em temperaturas de operação de moderador normais e pode ser aquecido para um estado gasoso quando a temperatura do moderador exceder uma temperatura de operação normal.

[00131] O membro de troca de calor 475 também pode ser uma cavidade alongada que aloja um material em mudança de estado, semelhante ao membro de troca de calor 470. O material em mudança de estado do membro de troca de calor 475 pode ser um material com um ponto de ebulição e/ou fusão menor do que o material em mudança de estado do membro de troca de calor 470. Por exemplo, o material em mudança de estado pode ser um material em um estado liquido e pode ter um ponto de ebulição que é menor do que a temperatura em que o membro de troca de calor 47 0 passa por uma mudança de estado (por exemplo, o ponto de fusão de chumbo ou qualquer outro material em mudança de estado adequado do membro de troca de calor 470). Por exemplo, o membro de troca de calor 475 pode ser um tubo de aço que é preenchido com água (H2O) ou qualquer outro material adequado em um estado liquido. O membro de troca de calor 475 pode estar disposto de forma substancialmente vertical dentro da estrutura de contenção 85 (por exemplo, moldado dentro de uma parede de estrutura de contenção 85). Conforme ilustrado nas Figuras 17 e 18, o membro de troca de calor 475 pode estar em contato com ou disposto próximo a uma porção de extremidade de um ou mais membros de troca de calor 470 e pode estar disposto próximo a uma superfície externa da estrutura de contenção 85. O material em mudança de estado do membro de troca de calor 475 pode ser aquecido por calor transferido do membro de troca de calor 470 e pode passar por uma mudança de estado. Por exemplo, o calor transferido de uma porção de extremidade do membro de troca de calor 47 0 para o membro de troca de calor 475 pode fazer com que o material em mudança de estado mude de estado (por exemplo, pode fazer com que a água alojada no tubo de aço ferva) . Contempla-se também que o material em mudança de estado do membro de troca de calor 475 pode estar em um estado liquido em temperaturas de operação de moderador normais e pode ser aquecido para um estado liquido quando a temperatura do moderador exceder uma temperatura de operação normal.

[00132] O membro de troca de calor 480 pode ser semelhante ao membro de troca de calor 475 e pode estar em comunicação fluida com o membro de troca de calor 475. O material em mudança de estado do membro de troca de calor 475 pode então fluir a partir do membro de troca de calor 475 para o interior do membro de troca de calor 480. O membro de troca de calor 480 pode estar disposto em um ângulo pequeno de um plano substancialmente horizontal. O membro de troca de calor 480 pode estar disposto em um grau pequeno tal como, por exemplo, 1 em 20 (fórmula para inclinação (rise over run))ou 1 em 50 (fórmula para inclinação (rise over run)) . Conforme ilustrado na Figura 18, os membros de troca de calor 480 podem se espalhar a partir do reator 15, transferindo, através disso, o calor para longe do reator 15. Os membros de troca de calor 480 podem estar dispostos sob uma superfície da terra, transferindo, através disso, calor a partir do reator 15 sob gualquer quantidade adequada da superfície da terra. Por exemplo, os membros de troca de calor 480 podem estar dispostos sob um campo grande e/ou estacionamento, utilizando, através disso, a capacidade térmica grande do solo para absorver calor e utilizar a superfície da terra para dissipar calor. Porque o membro de troca de calor 480 pode estar em uma leve inclinação, o material em mudança de estado alojado dentro do membro de troca de calor 480 pode ser resfriado em uma dada distância a partir do reator 15 para o estado anterior. Por exemplo, o membro de troca de calor 475 pode incluir água que pode ser aquecida em vapor (H2O) e transferida para o interior do membro de troca de calor 480. Em uma extremidade externa, o membro de troca de calor 4 80 pode terminar em um tanque pequeno ou reservatório de água de modo que os membros de troca de calor 475 e 480 estejam substancialmente sempre cheios de água. O membro de troca de calor 480 pode ser um tubo corrugado configurado para aumentar uma área de contato do tubo (por exemplo, aumentar a área de contato por unidade de distância ao longo do solo) e aumentando também a área de contato de qualquer vapor (H2O) no tubo com a superfície interna de tubo. Já que o vapor (H2O) que corre para fora ao longo da superfície superior da água (H2O) no tubo preenche a porção superior de cada corrugação no tubo antes que qualquer vapor (H2O) possa correr adicionalmente para fora do tubo, a corrugação aumenta a área de superfície da água (H2O) no tubo que está em contato com o vapor (H2O) . Após uma dada distância, calor suficiente pode ser dissipado de modo que o vapor (H2O) condense em água (H2O).

[00133] Conforme ilustrado na Figura 19, um subsistema de desligamento de reator auxiliar 420 pode incluir um reservatório pressurizado 485, uma ou mais passagens 490, uma passagem de dreno 495 e uma bomba 500. O reservatório pressurizado 485 pode suprir água pressurizada (H2O) para o interior da passagem 490. A bomba 500 pode pressurizar a água (H2O) na passagem de dreno 495.

[00134] O reservatório pressurizado 485 pode ser qualquer recipiente adequado para armazenar liquido pressurizado tal como, por exemplo, um vaso de aço pressurizado. Qualquer material absorvedor de nêutron adequado pode ser armazenado no reservatório pressurizado 485 tal como, por exemplo, água (H2O) . Além disso, água boratada (H2O) , que tem boro absorvido misturado na água (H2O), pode ser armazenada no reservatório pressurizado 485. O reservatório pressurizado 485 pode estar disposto em um lado externo da estrutura de contenção 85 e pode incluir uma válvula 487 que pode ser aberta e fechada para fluir para permitir ou bloquear seletivamente o fluxo do material pressurizado do reservatório pressurizado 485 em uma ou mais passagens 490.

[00135] A passagem 490 pode ser qualquer passagem adequada para transferir um material pressurizado. A passagem 490 pode ser conectada de forma fluida ao reservatório pressurizado 485 e pode transferir o material pressurizado do reservatório pressurizado 485, através de uma abertura da estrutura de contenção 85 e pode se dividir em um ou mais tubos conformados em U que passam através da área de núcleo para o interior da zona refletora 95 abaixo do núcleo de reator 100, 100', 100a, ou 100b e então de volta para acima através do núcleo de reator 100, 100', 100a, ou 100b. A passagem 490 pode transferir o material pressurizado através da zona refletora 95 e núcleo de reator 100, 100', 100a, ou 100b de qualquer forma adequada. Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 19, a passagem 490 pode entrar em uma porção superior do espelho d'água 105 e formar uma configuração substancialmente em formato de U. A passagem 490 pode ser formada em qualquer configuração adequada dentro da zona refletora 95. Quando a válvula 487 está bloqueando o fluxo do material pressurizado do reservatório pressurizado 485 para o interior da passagem 490, a passagem 490 já pode ser preenchida com vapor (H2O) . Quando um desligamento rápido do reator é desejado (por exemplo, SCRAM), a válvula 487 é aberta e o material absorvedor de nêutron pressurizado tal como, por exemplo, água boratada (H2O) preenche a passagem 490, o material absorvedor de nêutron pressurizado pode pressurizar crescentemente o vapor (H2O) que anteriormente estava disposto na passagem 490. Portanto, o vapor (H2O) anteriormente disposto na passagem 490 pode ser pressurizado crescentemente em uma porção de extremidade 505 de cada uma ou mais passagens 490, desacelerando e parando gradualmente o fluxo adicional.

[00136] A passagem de dreno 495 pode estar disposta em uma porção inferior do espelho d7água 105 e pode conectar de forma fluida qualquer porção (por exemplo, uma porção inferior) da passagem 490 com o reservatório pressurizado 485. A bomba 500 pode estar disposta na passagem de dreno 495 e pode pressurizar o material absorvedor de nêutron para fluir a partir da porção inferior da passagem 490 de volta para o reservatório pressurizado 485 quando se deseja reiniciar o reator 15. A bomba 500 também pode pressurizar o material absorvedor de nêutron disposto no reservatório pressurizado 485. A bomba 500 pode, através disso, bombear o material absorvedor de nêutron tal como, por exemplo, água boratada (H2O) , a partir da passagem 490 de volta para o reservatório pressurizado 485.

[00137] Conforme ilustrado na Figura 20, o subsistema de controle de reator 40 pode incluir um subsistema de controle 510, um subsistema de acompanhamento de carga 515, um subsistema de desvio 520, um subsistema de estabilização de moderador 525, um subsistema de estabilização de refrigerante de reator 530 e um subsistema de fluxo diferencial 535. O subsistema de controle 510, o subsistema de acompanhamento de carga 515, subsistema de desvio 520, subsistema de estabilização de moderador 525, subsistema de estabilização de refrigerante de reator 530 e o subsistema de fluxo diferencial 535 pode controlar e/ou estabilizar uma operação do sistema de reator nuclear 5.

[00138] O subsistema de controle 510 pode incluir um controlador 540 que pode ser qualquer tipo de controlador de lógica programável adequado para automatizar processos de máquina. O controlador 540 pode ser conectado aos componentes do sistema de reator nuclear 5 por meio de linhas elétricas (não mostradas) e pode controlar uma operação de qualquer componente adequado do sistema de reator nuclear 5 por meio das linhas elétricas. Por exemplo, o controlador 540 pode ser conectado eletricamente e componentes de controle do subsistema de geração de potência 10, reator 15, trocador de calor 20, subsistema de refrigerante de reator 25, subsistema de bomba 30, subsistema de refrigerante auxiliar 35 e/ou subsistema de controle de reator 40. O subsistema de controle 510 também pode incluir componentes de admissão e/ou emissão que estão em comunicação elétrica com o controlador 540 tal como, por exemplo, visores, monitores, teclados e outros dispositivos para uso pelos operadores do sistema de reator nuclear 5. O subsistema de controle 510 também pode incluir sensores que são dispostos nas várias passagens e componentes do sistema de reator nuclear 5. Os sensores podem medir qualquer parâmetro adequado tal como, por exemplo, uma temperatura e/ou pressão de, por exemplo, H2O ou refrigerante de reator. Os sensores podem ser conectados eletricamente ao controlador 540 e podem inserir dados detectados ao controlador 540 para uso no controle do sistema de reator nuclear 5.

[00139] O subsistema de acompanhamento de carga 515 pode incluir portões 545 e 550, passagens 555, 560, 565, 580 e 590, um condensador 570, uma válvula 575, um trocador de calor 585 e uma junção 595, que podem ser quaisquer elementos adequados para transferir vapor (H2O) e água (H2O).

[00140] A porta 545 pode estar disposta na passagem 70 e pode permitir seletivamente o fluxo a partir da passagem 70 para o interior da passagem 555. A porta 545 pode ser seletivamente movida de uma posição fechada que substancialmente bloqueia o fluxo de vapor (H2O) da passagem 70 para o interior da passagem 555, uma posição aberta que permite substancialmente o fluxo completo da passagem 70 para o interior da passagem 555 e uma posição parcialmente aberta posicionada em qualquer intervalo desejado entre a posição fechada e a posição aberta e permitindo, através disso, um fluxo parcial, proporcional à quantidade pela qual o a porta 545 é aberta, de vapor (H2O) a partir da passagem 70 para o interior da passagem 555. A porta 545 pode, através disso, reduzir seletivamente um fluxo de vapor (H2O) através da passagem 70 desviando-se o vapor (H2O) através da passagem 555.

[00141] A porta 550 pode estar disposta na passagem 555 e pode permitir seletivamente o fluxo a partir da passagem 555 para o interior da passagem 560 se uma forma semelhante à operação da porta 545. A porta 550 pode, através disso, bloquear seletivamente, permitir parcialmente, ou permitir completamente o fluxo de vapor (H2O) a partir da passagem 555 para o interior da passagem 560. A passagem 560 pode desviar a turbina 45 e transferir vapor (H2O) diretamente para o subsistema de resfriamento de turbina 60. Portanto, a porta 550 pode ser operada para permitir seletivamente que o vapor (H2O) seja transferido diretamente para o subsistema de resfriamento de turbina 60 in em determinadas situações tal como, por exemplo, quando um desligamento rápido da turbina 45 for desejado.

[00142] A passagem 555 pode estar em comunicação fluida com a passagem 565. A passagem 565 pode transferir vapor (H2O) a partir da passagem 555 para o condensador 570. A passagem 565 pode passar por um exterior do trocador de calor 20, em vez de passar através de um interior do trocador de calor 20.

[00143] O condensador 570 pode estar disposto em contato ou adjacente à passagem de refrigerante de reator fria 320. O condensador 570 pode ser qualquer condensador adequado para condensar vapor (H2O) em água (H2O). A válvula 575 pode estar disposta no condensador 570 em qualquer localização adequada tal como, por exemplo, em uma porção de fundo do condensador 570. A válvula 575 pode ser qualquer válvula adequada para permitir que água (H2O) flua para fora do condensador 570 enquanto bloqueia substancialmente um fluxo de vapor (H2O) para fora do condensador 570. Por exemplo, a válvula 575 pode ser uma válvula flutuante. 0 condensador 570 e a válvula 575 podem servir como um sistema de redução de pressão, reduzindo a pressão alta do vapor (H2O) na passagem 565 para uma pressão relativamente baixa da água (H2O) na passagem 580.

[00144] A passagem 580 pode estar em comunicação fluida com o condensador 570. A passagem 580 pode transferir água (H2O) a partir do condensador 570 para o trocador de calor 585. A passagem 580 pode passar por um exterior do trocador de calor 20, em vez de passar através de um interior do trocador de calor 20.

[00145] O trocador de calor 585 pode ser qualquer dispositivo adequado para facilitar a troca de calor da água (H2O) transferida através da passagem 580. 0 trocador de calor 585 pode estar disposto em ou próximo a uma passagem do subsistema de vapor de turbina 65 que transfere água (H2O) a partir de uma saida da bomba de H2O 395 para o trocador de calor 20. O trocador de calor 585 pode resfriar uma temperatura da água (H2O) para uma temperatura substancialmente a mesma como a água (H2O) sendo transferida pela passagem 80 do subsistema de vapor de turbina 65. A passagem 590 pode transferir água (H2O) a partir do trocador de calor 585 para a passagem 80 por meio da junção 595. A água (H2O) transferida pela passagem 590 para o interior da passagem 80 pode ter uma temperatura substancialmente a mesma que a temperatura de água (H2O) já fluindo na passagem 80. A passagem 80 pode então transferir a água (H2O) para uma entrada da bomba de H2O 395 do subsistema de bomba 30.

[00146] O subsistema de desvio 520 pode incluir uma bomba 600 e uma passagem 605. A passagem 605 pode conectar de forma fluida a passagem de refrigerante de reator fria 320 e passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305. A bomba 600 pode estar disposta na passagem 605. A bomba 600 pode ter uma capacidade relativamente pequena tal como, por exemplo, entre cerca de 2% e cerca de 20% da capacidade da bomba 390. A bomba 600 pode operar para pressurizar o refrigerante de reator na passagem 605 para bombear refrigerante de reator a partir da passagem de refrigerante de reator quente 325 para o interior da passagem de refrigerante de reator fria 320, desviando através disso o trocador de calor 20 e a bomba 390. A bomba 600 e a passagem 605 podem permitir que refrigerante de reator relativamente quente flua através da passagem de refrigerante de reator quente 325 para desviar o trocador de calor 20 e fluxo diretamente para o interior da passagem de refrigerante de reator fria 320, permitindo, através disso, que o refrigerante quente se misture com o refrigerante relativamente frio e eleve a temperatura do refrigerante que flui na passagem de refrigerante de reator fria 320. O subsistema de desvio 520 pode operar, por exemplo, durante um carregamento de refrigerante de reator inicial e/ou desligamento do sistema de reator nuclear 5. O sistema de desvio 520 também pode servidor para ajustar as razões de fluxo eficaz das bombas 390 e 395 (por exemplo, o subsistema de bomba 30 pode ser projetado para fornecer a razão correta do fluxo de refrigerante de reator para a turbina vapor fluxo em potência completa, mas uma razão levemente diferente pode ser desejável em operação de potência inferior).

[00147] O subsistema de estabilização de moderador 525 pode incluir as passagens 610, 630, 640 e 650, uma válvula 615, um reservatório 625, um condensador 635 e uma bomba 645, que podem ser quaisquer elementos adequados para transferir vapor (JbO) e água (H2O) .

[00148] A passagem 610 pode ser uma passagem relativamente grande que pode conectar de forma fluida a área de vapor 110 da zona refletora 95 com o reservatório 625. A válvula 615 pode estar disposta na passagem 610. A válvula 615 pode estar em uma posição fechada, bloqueando substancialmente o moderador de fluxo de vapor durante a operação normal. Quando a válvula 615 for aberta, o vapor de moderador pode fluir para o interior do reservatório 625 por meio da passagem 610. O reservatório 625 pode ser um reservatório de pressão baixa que pode ser mantida em uma pressão que é menor que uma pressão de área de vapor 110 da zona refletora 95. O reservatório 625 pode ser uma área de armazenamento relativamente fria e grande. Por exemplo, o reservatório 625 pode ser resfriado com uma quantidade relativamente grande de água (H2O) . Por exemplo, o reservatório 625 pode ser resfriado com água (H2O) do subsistema de vapor de turbina 65. Mediante entrada no reservatório 625 por meio da passagem 610, o vapor de moderador pode se expandir e condensar em superficies relativamente frias das paredes internas do reservatório 625. Quando a válvula 615 for aberta, o fluxo rápido do vapor de moderador para fora da área de vapor 110 da zona refletora 95 pode reduzir a pressão do vapor de moderador na área de vapor 110 e a pressão do moderador na zona refletora 95, permitindo então o fluxo rápido do moderador para fora das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b, reduzindo através disso a massa do moderador nas cavidades de controle, reduzindo o número de (lento) nêutrons térmicos disponíveis para causar fissão, levando então a um desligamento rápido do reator 15.

[00149] A passagem 630 pode conectar de forma fluida uma passagem 610 com o condensador 635. A passagem 630 pode ser uma passagem relativamente pequena. Por exemplo, a passagem 630 pode ser um tubo que tem um diâmetro significativamente menor do que a passagem 610. A passagem 630 pode conectar de forma fluida uma passagem 610 ao condensador 635. O condensador 635 pode estar disposto em contato ou adjacente à passagem 80, que pode transferir água relativamente fria (H2O) , do subsistema de vapor de turbina 65. O condensador 635 pode ser qualquer condensador adequado para condensar o vapor de moderador em liquido de moderador. O vapor de moderador transferido a partir da passagem 610 por meio da passagem 630 pode ser condensado em liquido de moderador pelo condensador 635. A passagem 640 pode conectar de forma fluida o condensador 635 com a bomba 645.

[00150] A bomba 645 pode bloquear seletivamente um fluxo de liquido de moderador condensado a partir da passagem 640 para o interior da passagem 650. A bomba 645 também pode permitir seletivamente que o liquido de moderador condensado flua para o interior da passagem 650 e possa operar para pressurizar o liquido de moderador condensado para fluir através da passagem 650. A passagem 650 pode transferir o liquido de moderador condensado de volta para o interior do reator 15. Por exemplo, a passagem 650 pode conectar de forma fluida uma passagem 650 com uma porção superior da zona refletora 95, por exemplo, área de vapor 110. O liquido de moderador condensado transferido para interior da área de vapor 110 por meio da passagem 650 pode fazer com que o vapor de moderador adicional na área de vapor 110 condense. A zona refletora 95 pode ser aquecida pelos nêutrons que escapam do núcleo de reator 100, 100', 100a e/ou 100b e o moderador na zona refletora 95 pode evaporar em vapor de moderador na área de vapor 110. A bomba 645 pode ser operada para condensar vapor de moderador em excesso da área de vapor 110 de modo a manter uma pressão estável na área de vapor 110 e zona refletora 95.

[00151] O subsistema de estabilização de refrigerante de reator 530 pode incluir um reservatório 655, um elemento de aquecimento 660 e uma passagem 665. O reservatório 655 pode ser um tanque de armazenamento pressurizado que pode armazenar o refrigerante de reator. O reservatório 655 pode ser suprido com o refrigerante de reator do subsistema de refrigerante de reator 25 por meio da passagem 665 a partir da passagem de refrigerante de reator quente 325. O reservatório 655 pode incluir refrigerante de reator liquido em uma porção de fundo e refrigerante de reator gasoso em uma porção superior. 0 elemento de aquecimento 660 pode aquecer seletivamente o reservatório 655 para manter o refrigerante de reator armazenado dentro do reservatório 655 em uma temperatura e/ou pressão desejada. O elemento de aquecimento 660 pode ser qualquer dispositivo adequado para aquecer seletivamente o reservatório 655 tal como, por exemplo, um aquecedor elétrico. O refrigerante de reator frio da passagem de refrigerante de reator fria 320 pode ser bombeado seletivamente para o interior do reservatório 655 por uma bomba e linha de suprimento (não mostrado) a partir da passagem de refrigerante de reator fria 320. Por exemplo, a bomba (não mostrado) pode incluir um injetor que asperge refrigerante de reator pressurizado frio a partir da passagem de refrigerante de reator fria 320 para o interior da porção de topo (vapor) do reservatório 655. Por exemplo, o refrigerante de reator relativamente frio pode ser aspergido pela bomba (não mostrado) no interior do reservatório 655 para condensar uma porção do vapor refrigerante de reator no reservatório 655 para fazer com que um pouco do vapor refrigerante de reator para condensar e reduzir através disso uma pressão no reservatório 655 e passagem de refrigerante de reator quente 325.

[00152] Conforme ilustrado nas Figuras 15 e 20, o subsistema de fluxo diferencial 535 pode incluir uma pluralidade de passagens concêntricas 670 disposta em uma porção 675 da passagem de refrigerante de reator fria 320. As passagens concêntricas 670 pode substituir a porção 675 da passagem de refrigerante de reator fria 320 e pode ser conectada de forma fluida em ambas as extremidade da porção 675 às outras porções da passagem de refrigerante de reator fria 320. A porção 675 pode ser uma porção de elevação da passagem de refrigerante de reator fria 320 que pode estar disposta a jusante da bomba 390. Qualquer número adequado das passagens concêntricas 670 tal como, por exemplo, cerca de dez passagens concêntricas 670, pode estar disposto dentro da passagem de refrigerante de reator fria 320. As passagens concêntricas 670 podem ser, por exemplo, tubos de aço concêntricos. A área entre as passagens concêntricas pode aumentar, movendo da passagem mais interna 670 para a passagem mais externa 670. Por exemplo, uma área A2 entre a primeira e a segunda passagens concêntricas 670 pode ser duas vezes maior do que uma área Al formada dentro da primeira passagem concêntrica 670, uma área A3 entre a quarta e a quinta passagens concêntricas 670 pode ser cinco vezes maiores do que a área Al formada dentro da primeira passagem concêntrica 67 0 e uma área A4 entre a nona e a décima passagens concêntricas 670 pode ser dez vezes maior do que a área Al formada dentro da primeira passagem concêntrica 670. As porções de cada área entre cada passagem concêntrica sucessiva 670 podem ser bloqueadas em cada extremidade para manter substancialmente a mesma taxa de fluxo para dentro e fora de cada uma das passagens concêntricas 670. As passagens concêntricas 670 podem, através disso, tomar uma quantidade proporcionalmente maior de tempo para transferir a mesma quantidade de fluido nas passagens concêntricas externas em relação às passagens concêntricas internas e mudanças de temperatura rápidas na passagem de refrigerante de reator fria 320 podem, portanto, ser mitigadas.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[00153] Em pelo menos algumas modalidades exemplificativas do sistema de reator nuclear revelado, um método de controle de reator pode ser usado tendo cavidades de controle que encerram um moderador em um núcleo de um reator. Em pelo menos algumas modalidades exemplificativas, o moderador no reator pode ser dividido em três áreas: uma área de núcleo que pode estar disposta em qualquer lugar no reator a menos do que cerca de 0,3 metro (1 pé) de qualquer parte de uma fonte de combustível, uma zona refletora que pode incluir qualquer moderador fora da área de núcleo mas a menos do que 0,91 ou 1,22 metro (três ou quatro pés) de qualquer parte de uma fonte de combustível e um agrupamento de moderador que pode incluir qualquer moderador fora da área de núcleo e da zona refletora. Uma função do moderador na área de núcleo é desacelerar os nêutrons de velocidade alta emitidos pelo combustível de fissão para velocidades relativamente baixas em que os nêutrons têm mais probabilidade de causar novas fissões. Uma função do moderador na zona refletora é refletir os nêutrons que escapam da área de núcleo de volta para o núcleo diminuir o número de nêutrons que são perdidas do reator. O moderador no agrupamento de moderador pode ter pouco efeito no reator (por exemplo, o moderador pode ir para o agrupamento de moderador quando o mesmo for deslocado das cavidades de controle de moderador de núcleo ou pode vir do agrupamento de moderador quando o moderador retorna para o núcleo). Em pelo menos algumas modalidades exemplificativas, as cavidades de controle reveladas podem encerrar a maioria dos moderadores na área de núcleo de reator e pode ser fechada no topo, mas permite o movimento livre do moderador entre o fundo da cavidade de controle e as áreas de agrupamento de moderador e refletor.

[00154] Em pelo menos algumas modalidades exemplificativas do sistema de reator nuclear revelado, quando o sistema de reator nuclear revelador estiver produzindo potência em uma taxa estável, o combustível pode estar em um estado de equilíbrio nuclear e as cavidades de controle podem estar em um estado de equilíbrio térmico. Os dois estados de equilíbrio são acoplados por retroalimentação negativa de modo que qualquer mudança do equilíbrio em um estado cause uma mudança no equilíbrio do outro, o qual agirá para conter a mudança no primeiro. As cavidades de controle reveladas são fornecidas com um sistema de resfriamento de moderador que resfria as cavidades de controle quase na mesma taxa (ou proporcional ao volume de cada cavidade de controle se as cavidades de controle não forem todas do mesmo volume) bombeando-se moderador frio para o interior das cavidades de controle, que se mistura o moderador aquecido na cavidade de controle enquanto uma massa igual do moderador aquecido passa para fora da cavidade de controle para o interior das áreas de agrupamento de moderador e refletor, ou passando-se fluido mais frio através de um ou mais tubos na cavidade de controle que então resfria a cavidade de controle por condução. O calor pode entrar na cavidade de controle por condução térmica a partir dos tubos de combustível quentes e por energia depositada no moderador por nêutrons rápidos e radiação gama do combustível. Quando mais calor entra na cavidade de controle do que deixa a cavidade de controle, o liquido de moderador na cavidade evapora e se eleva em uma bolha de vapor no topo da cavidade de controle, enquanto desloca o liquido de moderador para fora do fundo da cavidade de controle e reduz a massa total do moderador no núcleo de reator porque o vapor pode ser muito menos denso do que o liquido de moderador. Quando menos calor entra na cavidade do que é extraido pelo sistema de resfriamento de moderador, um pouco do vapor na bolha de vapor se condensa, reduzindo o tamanho da bolha de vapor e extraindo liquido de moderador para o interior da cavidade da zona refletora e aqrupamento de moderador, aumentando através disso a massa total do moderador no núcleo.

[00155] Em pelo menos alqumas modalidades exemplificativas do sistema de reator nuclear revelado, os nêutrons de velocidade alta são emitidos com cada fissão de um átomo no combustível. A maioria desses nêutrons de velocidade alta pode escapar do combustível para o interior do moderador (junto com a radiação qama emitida pelo combustível) e é desacelerado por colisões com o moderador. Esses nêutrons mais lentos difundem do moderador de volta para o interior do combustível. Alguns dos nêutrons mais lentos podem ser absorvidos pelos átomos fisseis no combustível e causar novas fissões, alguns podem ser absorvidos pelos átomos férteis no combustível (por exemplo, urânio 238, plutônio 240 e/ou tório 232, se presente) e criam novos átomos de combustível fissil e alguns podem ser absorvidos no combustível sem causar fissão ou criação de novos átomos fisseis ou podem difundir de volta para o interior do moderador. A taxa de reação pode ser estável quando, na média, exatamente um nêutron liberado por cada fissão causa uma nova fissão. A probabilidade de que um nêutron que reentra no combustível a partir do moderador causará uma fissão diminua quando a velocidade é relativamente alta e a probabilidade de que o nêutron crie novo combustível aumenta quando a velocidade é relativamente alta. Os nêutrons que deixam o moderador podem ter uma velocidade média superior quando exista menos massa de moderador na cavidade e pode ter uma velocidade média menor quando existe mais massa de moderador na cavidade. Consequentemente, conforme a bolha de vapor aumenta em tamanho (e, portanto, a massa de moderador na cavidade diminui), a velocidade média dos nêutrons que entram no combustível aumenta, que aumenta o número de nêutrons que são desviados de forma eficaz de causar novas fissões e diminui o número de nêutrons que são desviados para a produção de novo combustível fissil. Esse efeito diminui a taxa de fissão, reduzindo a energia transferida para o moderador, reduzindo o tamanho da bolha de vapor e através disso fornecer retroalimentação negativa que mantém um tamanho estável da bolha de vapor e mantém uma taxa de fissão que é estável e grosseiramente proporcional à taxa de resfriamento de moderador.

[00156] Coletivamente, em pelo menos algumas modalidades exemplificativas do sistema de reator nuclear revelado, as cavidades de controle mantêm a emissão de potência total e proporcional à taxa de resfriamento de moderador. A taxa de resfriamento de moderador pode ser controlada mantendo-se a temperatura de refrigerante de moderador relativamente constante e variando-se a taxa de bombeamento para controlar a taxa de resfriamento total. Individualmente, cada cavidade pode influenciar a taxa de fissão do combustível próxima à mesma, o que faz com que a taxa de reação seja quase a mesma em todos os pontos no reator em vez de superior no centro do núcleo e inferior perto das bordas do núcleo. Isso pode minimizar manchas quentes no combustível e suprimir ondas de xênon, levando a taxas desejáveis superiores da extração de calor do combustível.

[00157] Durante a operação de reator normal em pelo menos algumas modalidades exemplificativas do sistema de reator nuclear revelado, o calor é extraído dos tubos de combustível pelo refrigerante primário. Quando a taxa de reação for aumentada, a taxa de bomba de refrigeração primária também é aumentada, de modo que a temperatura dos tubos de combustível não varie com a taxa de reação. Sob condições anormais, o fluxo do refrigerante primário pode ser insuficiente e os tubos de combustível podem se tornar mais quentes. Em tais condições, pode existir mais condução de calor dos tubos de combustível para o interior das cavidades de controle, o que pode aumentar a taxa de evaporação do moderador nas cavidades de controle e aumentar o tamanho das bolhas de vapor nas cavidades de controle. Isso pode fazer com que o liquido de moderador seja deslocado do fundo das cavidades, reduzindo a densidade medida do moderador e aumentando a velocidade média dos nêutrons difundindo do moderador para o interior do combustível e diminuindo através disso a taxa de fissão.

[00158] Em pelo menos algumas modalidades exemplificativas do sistema de reator nuclear revelado, porque a bolha de vapor nas cavidades de controle pode ser muito menos densa do que o liquido de moderador nas cavidades de controle e a bolha de vapor pode variar em tamanho de substancialmente não existente para quase o tamanho da cavidade de controle inteira, o sistema pode permitir que a densidade média do moderador no núcleo para variar da densidade completa do liquido de moderador para menos do que 15% da densidade completa. Esse pode permitir o controle do reator sob condições de reatividade de combustível variáveis que variam do combustível enriquecido sem carga de xênon para combustível usado moderadamente com uma carga de xênon de equilíbrio para o combustível com uma exaustão alta e carga alta consequente de subprodutos de fissão absorvedores de nêutron. Isso pode ser alcançado substancialmente sem perda de nêutrons para controlar absorvedores e fornece produção substancialmente máxima de novo combustível fissil e uma razão de conversão de combustível substancialmente máxima em todos os pontos no ciclo de vida de combustível.

[00159] O sistema de reator nuclear revelado pode ser utilizado em qualquer aplicação com o uso de uma potência nuclear gerada. Por exemplo, o sistema de reator nuclear revelado pode ser usado em qualquer aplicação com o uso de vapor (H2O) gerado pelo uso de potência de uma reação nuclear. A operação descrita abaixo pode em geral se aplicar a uma operação de todas as modalidades reveladas do sistema de reator nuclear 5. Adicionalmente, conforme descrito abaixo, alguns subsistemas do sistema de reator nuclear revelado podem ser usados em aplicações adicionais diferente da potência nuclear gerada.

[00160] Referindo-se à Figura 3, uma operação de sistema de reator nuclear 5 pode ser iniciada quando o combustível for fornecido na montagem de combustível 125, 125', 125a, ou 125b que tem tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. Quando o reator 15 for iniciado com combustível fresco nos tubos 135, 135', 135a e/ou 135b, o nivel do moderador na matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 135b pode estabilizar no nivel de equilíbrio com base no projeto de reator e reatividade do combustível incluído nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. Ao longo de um periodo inicial (por exemplo, poucos dias), os niveis de xênon 135 e samário-149 absorvedor de nêutron elevam para niveis de equilíbrio e a taxa de resfriamento do moderador pode ser mantida substancialmente constante por uma operação do subsistema de refrigerante de reator 25 (a operação geral do subsistema de refrigerante de reator será descrita em mais detalhes abaixo). Enquanto o subsistema de refrigerante de reator 25 é operado para fornecer uma taxa constante de resfriamento do moderador na matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b, o nivel de xênon e samário no combustível se elevará e a reatividade do reator 15 cairá lentamente abaixo de um, fazendo com que a taxa de reação diminua e a energia depositada no moderador diminua de modo que um pouco do vapor de moderador condense. Portanto, mais moderador é extraído para o interior das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b, que elevam o nivel do moderador e a densidade de moderador média. Isso diminuirá o número de nêutrons que passam por captura por ressonância e através disso compensam pelos nêutrons que são absorvidos pelas quantidades gradualmente crescentes de xênon e samário absorvedor de nêutron no combustível de reator 15. Portanto, usando a matriz de cavidade de controle 130 como um exemplo, o tamanho das zonas de liquido 190 e 275 na matriz de cavidade de controle 130 pode ser aumentado e o tamanho das zonas gasosas 185 e 280 na matriz de cavidade de controle 130 pode ser diminuído. Um efeito semelhante ocorre nas outras modalidades reveladas.

[00161] Se o reator 15 tiver uma razão de conversão maior do que um, ou for abastecido primeiramente com U235 e U238, durante a operação de estado estável existe um periodo de tempo durante o qual a reatividade do combustível pode aumentar porque mais combustível fissil é criado do que usado ou porque Pu239 está sendo criado a partir de U238 conforme U235 é queimado (porque Pu239 é mais reativa do que U235). Se isso ocorrer, a taxa de fissão se elevará enquanto o resfriamento permanece constante, mais nêutrons depositarão energia no moderador, a taxa de evaporação nas cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b será maior do que a taxa de condensação e liquido de moderador será deslocado das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b pelo vapor de moderador em excesso. Isso causa menos moderação do que os nêutrons e um aumento no número de nêutrons absorvidos no U238 fértil (ou Th232), diminuindo o número de nêutrons térmicos disponíveis para causar fissão e reduzir a taxa de reação para a taxa em que tanto energia quanto possível é depositada nas cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b conforme é removida pelo subsistema de refrigerante de reator 25. O nivel do liquido de moderador diminuirá gradualmente desde que a reatividade da combustível continue a elevar (por exemplo, ao longo de um periodo que pode durar de dias a anos) . Durante esse periodo, o teor fissil do combustível pode aumentar e pode continuar a aumentar para o próximo periodo de tempo (discutido abaixo).

[00162] Ao longo do próximo periodo de tempo (por exemplo, os próximos meses ou anos), conforme o teor fissil do combustível é diminuído por exaustão e o nivel de subprodutos de fissão absorvedores de nêutron se eleva, o mecanismo de retroalimentação negativa das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b pode operar para fazer com que o nivel de moderador na matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b se eleve muito lentamente para compensar pela reatividade do combustível sendo diminuída pela exaustão. Eventualmente, o nivel de moderador irá se elevar ao topo da matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b e reator 15 se tornará subcritica e parará de produzir potência. Portanto, usando a matriz de cavidade de controle 130 como um exemplo, não existirão zonas substancialmente gasosas 185 e 280 na matriz de cavidade de controle 130 nesse momento. Um efeito semelhante ocorre nas outras modalidades reveladas. Quando o reator 15 para, o xênon 135 que foi produzido até o momento pelo reator 15 continua a cair, de modo que em um periodo relativamente breve de tempo (por exemplo, um ou dois dias), xênon 135 suficiente irá diminuir de modo que o reator 15 possa ser reiniciado novamente. Quando o reator 15 for reiniciado, o reator 15 pode ser executado até que a concentração de xênon 135 se eleve novamente em um periodo de tempo relativamente curto (por exemplo, poucos dias). Porque a concentração de equilíbrio de xênon 135 muda proporcionalmente ao nivel de potência, a operação do reator 15 pode continuar por durações relativamente mais longas conforme o nivel de potência do reator 15 é reduzido.

[00163] Após o procedimento de inicialização descrito acima, o reator 15 pode ser mantido em uma operação de estado estacionário. Na operação de estado estacionário, a energia é produzida por fissão de átomos de combustível em tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. A maioria dessa energia é depositada nas varas de combustível dispostas nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b como o calor, que é extraído das varas de combustível dos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b por um fluxo de refrigerante de reator através dos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b que é fornecido por uma operação do subsistema de refrigerante de reator 25 e subsistema de bomba 30. Antes de continuar com a descrição da operação de estado estacionário do reator 15 e o núcleo de reator 100, a operação do subsistema de refrigerante de reator 25 e do subsistema de bomba 30 será descrita.

[00164] Referindo-se às Figuras 2, 3 e 13, o subsistema de transferência 305 do subsistema de refrigerante de reator 25 transfere refrigerante de reator entre o trocador de calor 20 e o núcleo de reator 100, 100', 100a, ou 100b. A bomba de refrigeração 390 do subsistema de bomba 30 pode pressurizar um fluxo de refrigerante de reator na passagem de refrigerante de reator fria 320 do subsistema de transferência 305 para transferir o refrigerante de reator frio do trocador de calor 20 para reator 15. O refrigerante de reator frio que flui na passagem 320 pode através disso fluir através das aberturas da estrutura de contenção 85 e para o interior da zona refletora 95.

[00165] O refrigerante de reator frio que flui na passagem de refrigerante de reator fria 320 pode fluir para o interior das passagens 330 do subsistema de refrigerante de combustível 310. O refrigerante de reator frio que flui nas passagens 330 passa através dos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b para facilitar a troca de calor com os tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. Os tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b conferem calor por meio de transferência de calor ao refrigerante de reator frio que flui através das passagens 330, vertendo através disso o refrigerante de reator frio no interior do refrigerante de reator quente. Portanto, o refrigerante de reator deixa os tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b com mais energia por libra do que o refrigerante de reator tinha quando entrando nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b, quer aumentando-se a temperatura do refrigerante de reator quer mudando-se o refrigerante de reator de um líquido para um estado gasoso, ou ambos. As passagens 330 podem então transferir o refrigerante de reator quente para a passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305.

[00166] Na primeira modalidade descrita, uma parte do refrigerante de reator frio que flui em passagens de refrigerante de reator frio 330 também flui nas passagens 335 do subsistema de refrigerante moderador 315. O refrigerante de reator frio que flui nas passagens 335 passa através de cavidades de controle 140 para facilitar a troca de calor com as cavidades de controle 140. O refrigerante de reator frio que flui na passagem 335 é aquecido, de certa forma, através da troca de calor pelo moderador confinado dentro das cavidades de controle 140, e é transmitido para fora das cavidades de controle 140 por meio das passagens 335 e de volta para as passagens 330. O refrigerante de reator frio que flui nas passagens 330 passa através do espelho d'água 105. O refrigerante de reator frio que flui através das passagens 330 é aquecido, de certa forma, através da troca de calor pelo moderador do espelho d'água 105. O refrigerante de reator que flui nas passagens 330 pode, então, passar através dos tubos de combustível 135 e assim ser aquecido de refrigerante de reator frio para refrigerante de reator quente. As passagens 330 podem, então, transferir o refrigerante de reator quente para a passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de transferência 305.

[00167] O refrigerante de reator que flui através da passagem 335 do subsistema de refrigerante moderador 315 pode fluir, por exemplo, no arranjo retratado na Figura 14. O refrigerante de reator da passagem de refrigerante de reator frio 320 do subsistema de transferência 305 pode fluir na passagem 335 por meio de uma passagem intermediária 330 e de um membro de entrada 350. O refrigerante de reator, então, flui através do canal 380 do membro interior 355. Alguns dos refrigerantes de reator podem fluir ao longo de um comprimento inteiro de um canal 380 até alcançarem a porção de extremidade 370. No entanto, alguns dos refrigerantes de reator também podem fluir diretamente a partir do canal 380 para o canal 385, por meio de aberturas 375, antes de atingirem a porção de extremidade 370. Visto que o refrigerante de reator relativamente frio passar, de forma direta, no canal 385 por meio das aberturas 375 e se misturar com o refrigerante de reator relativamente quente no canal 385, uma temperatura do refrigerante de reator no canal 385 pode permanecer relativamente constante ao longo do comprimento da passagem 335. Os tamanhos e/ou espaçamentos de aberturas 375 podem ser projetados para maximizar a manutenção de uma temperatura geralmente constante no canal 385. Por exemplo, a quantidade de mistura de refrigerante de reator entre os canais 380 e 385 pode aumentar em uma direção que se move à porção de extremidade 370. O refrigerante de reator, então, flui através do canal 385 e de volta para a passagem de refrigerante de reator 330 do subsistema de transferência 305, por meio de um membro de saida 365.

[00168] A bomba de refrigeração 390 do subsistema de bomba 30 pode pressurizar um fluxo de refrigerante de reator frio na passagem de refrigerante de reator frio 320 do subsistema de transferência 305 através dos tubos de combustível 135 e um fluxo de refrigerante de reator quente do reator 15 de volta para a trocador de calor 20 por meio da passagem de refrigerante de reator quente 325.

[00169] A fissão do combustível nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b produz nêutrons energéticos com velocidade mais alta (por exemplo, nêutrons que se deslocam em uma velocidade relativamente intermediária ou alta). Esses nêutrons energéticos com velocidade mais alta depositam energia no moderador de matriz de cavidade de controle 130, 130' , 130a e/ou 130b através da colisão com átomos de moderador. Os nêutrons energéticos com velocidade mais alta são desacelerados a um estado de baixa energia ("nêutrons lentos") através dessas colisões com os átomos de moderador, e algumas colisões dos nêutrons lentos, a fissão dos átomos de combustível é, então, causada. O reator pode ser considerado estável (por exemplo, em uma produção de potência constante) quando, para cada fissão de um átomo de combustível, um dentre os nêutrons produzidos causam uma fissão. Portanto, o reator pode ser considerado estável quando, em média, exatamente um dentre os nêutrons produzidos através da fissão de um átomo de combustível causa uma nova fissão.

[00170] À medida que o moderador na matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b é aquecido por nêutrons energéticos, alguns dos moderadores podem evaporar em moderador de vapor (por exemplo, ferver em um estado gasoso) . Moderador de vapor no estado gasoso é menos denso do que o moderador de líquido (por exemplo, em um estado líquido) e ascenderem à porção superior das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b nas quais será confinado pelo fato de que as cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b são fechadas em uma porção superior e pode, portanto, confinar o moderador em uma porção superior. Visto que os volumes de cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b podem ser constantes, o moderador de vapor gasoso de baixa densidade que é confinado e que se acumula nas porções superiores de cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b irá desalojar o moderador de líquido de maior densidade para fora das porções inferiores de cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b. Portanto, a densidade média geral do moderador nas cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b é reduzida. Para impedir, de forma substancial, que todo o moderador nas cavidades de controle 140, 140' e 140a se torne um moderador de vapor, as cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b são esfriadas pelo subsistema de refrigerante de reator 25. O subsistema de refrigerante de reator 25 pode fazer com que alguns dos moderadores de vapor gasoso se condensem no moderador de líquido mais denso. Menos moderador de vapor será, portanto, confinado nas porções superiores de cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b, de modo que o moderador de liquido de alta densidade relativamente menor será desalojado para fora das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b. Consequentemente, o moderador de liquido irá flui de volta para as cavidades de controle 140, 140' , 140a e/ou 140b através das porções inferiores abertas e/ou porções laterais das cavidades de controle 140, 140' , 140a e/ou 140b.

[00171] Em referências às Figuras 7 e 8 e com uso da matriz de cavidade de controle 130 como um exemplo, o subsistema de refrigerante de reator 25 pode remover menos energia através de transferência de calor a partir do moderador confinado na matriz de cavidade de controle 130. Consequentemente, uma quantidade de aumento do moderador será aquecida por nêutrons energéticos no moderador de vapor. Logo, à medida que uma quantidade de aumento de moderador de vapor é confinada e se acumula nas porções superiores das cavidades de controle 140, o limite 195 cairá à medida que uma quantidade de aumento de moderador de liquido é desalojada para fora das cavidades de controle 140 (por exemplo, desalojada sob o membro intermediário 170 e membro de extremidade 165) . Logo, a zona gasosa 185 amentará em tamanho e as zonas liquidas 190 irão diminuir em tamanho. De forma semelhante em conjunto de cone 150, à medida que um subsistema de refrigerante de reator 25 remove menos energia através de transferência de calor, uma quantidade de aumento de moderador de vapor é confinada e se acumula nas porções superiores de conjuntos de cones interiores 200 e conjuntos de cones exteriores 205. Logo, o limite 290 cairá à medida que uma quantidade de aumento do moderador de liquido for desalojada para fora dos conjuntos de cones interiores 200 e dos conjuntos de cones exteriores 205 (por exemplo, desalojada sob o cone interior 235 e sob o exterior cone 240). Portanto, a zona gasosa 280 aumentará em tamanho e as zonas liquidas 190 e 275 diminuirão em tamanho. Um efeito semelhante ocorre na ordem revelada nas modalidades do reator 15.

[00172] O efeito inverso também ocorre. Novamente com o uso da matriz de cavidade de controle 130 como exemplo, o subsistema de refrigerante de reator 25 pode remover mais energia através da transferência de calor a partir do moderador confinado na matriz de cavidade de controle 130. Consequentemente, uma quantidade de diminuição do moderador será aquecida pelos nêutrons energéticos no moderador de vapor. Portanto, à medida que uma quantidade de diminuição do moderador de vapor é confinada e se acumula nas porções superiores das cavidades de controle 140, o limite 195 irá se elevar à medida que o moderador de liquido entra novamente nas cavidades de controle 140 (por exemplo, entra novamente sob o membro intermediário 170 e sob o membro de extremidade 165). Portanto, a zona gasosa 185 diminuirá em tamanho e a zona liquida 190 amentará em tamanho. De forma semelhante no conjunto de cone 150, à medida que o subsistema de refrigerante de reator 25 remove mais energia através da transferência de calor, uma quantidade de diminuição do moderador de vapor é confinada e se acumula nas porções superiores dos conjuntos de cones interiores 200 e nos conjuntos de cones exteriores 205. Logo, o limite 290 irá se elevar à medida que uma quantidade de aumento do moderador de liquido entra novamente nos conjuntos de cones interiores 200 e nos conjuntos de cones exteriores 205 (por exemplo, entra novamente sob o cone interior 235 e sob o exterior cone 240). Então, a zona gasosa 280 diminuirá em tamanho e as zonas liquidas 190 e 275 amentarão em tamanho. O moderador de vapor também pode se condensar ao longo dos lados das cavidades de controle 140 e gotejar nas zonas liquidas 190 e 275. Um efeito semelhante ocorre em outras modalidades reveladas do reator 15.

[00173] Quando o subsistema de refrigerante de reator 25 opera para extrair, de forma substancial, toda energia das matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b à medida que é depositada a partir do combustível em tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b, a taxa de evaporação e a taxa de condensação nas cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b serão substancialmente iguais e o tamanho das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b permanecerão constantes, de forma substancial. Logo, substancialmente não haverá movimento do moderador no interior ou no exterior das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b.

[00174] Os nêutrons com mais velocidade alta podem ser desacelerados através das colisões com os átomos de moderador quando os átomos de moderador estão ou em estado liquido (moderador de liquido) ou em estado gasoso (moderador de vapor). Quando a densidade média do moderador é diminuída (por exemplo, através de um aumento do tamanho das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b), uma distância média entre os átomos de moderador é aumentada e uma distância média na qual os nêutrons precisam se descolar entre as colisões é aumentada. Quando os nêutrons com mais velocidade alta se deslocam mais adiante entre cada, os mesmos passam mais tempo nas velocidades superiores e então o número médio de nêutrons que se desloca é relativamente alto e a velocidade intermediária é maior. Embora os nêutrons lentos possam ter uma probabilidade relativamente alta de causar a fissão quando os mesmos colidem com os átomos de combustível dispostos nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b, os nêutrons com mais velocidade alta podem ter uma probabilidade relativamente alta de serem absorvidos para dentro do reator 15 sem causar a fissão. Consequentemente, o número de nêutrons lentos disponíveis para causar a fissão diminuirá.

[00175] Quando o reator 15 opera em um nivel de operação em estado estacionário, o subsistema de refrigerante de reator 25 pode operar para manter as zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b em um tamanho desejado substancialmente constante. Esse tamanho desejado das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b pode fornecer uma densidade desejada do moderador dentro da matriz de cavidade de controle 130, 130' , 130a e/ou 130b de modo que apenas nêutrons com mais velocidade alta o suficiente será absorvido nas velocidades intermediárias e altas de modo que haja uma quantidade desejada de nêutrons lentos remanescentes que se deslocam em velocidades relativamente baixas para causarem uma nova fissão para cada fissão antiga nos conjuntos de combustível 125, 125’, 125a e 125b.

[00176] As zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b podem ser mantidas em um tamanho constante substancialmente desejado através do uso de retroalimentação negativa. Conforme descrito acima, o subsistema de refrigerante de reator 25 pode ser controlado para ser compatível substancialmente com a taxa de resfriamento do núcleo de reator 100, 100', 100a e 100b (por exemplo, através do controle do fluxo do refrigerante através das matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b) com a taxa de fissão (e assim a taxa de aquecimento de transmitido ao moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130' , 130a e/ou 130b através da fissão em conjuntos de combustível 125, 125', 125a e 125b) de núcleo de reator 100, 100', 100a e 100b. Se a taxa de aquecimento de calor transmitido às matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e 130b através da fissão no conjunto de combustível 125, 125', 125a e 125b for maior do que a taxa de resfriamento fornecida através do subsistema de refrigerante de reator 25, as zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b irão se expandir. A expansão das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b diminui a densidade média do moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b, o que aumenta a porcentagem de nêutrons perdidos pela absorção às velocidades intermediárias e altas (captura por ressonância), portanto, diminui a porcentagem de nêutrons lentos disponíveis para causar a fissão, o que diminui a taxa de aquecimento do reator 15. Caso a taxa de aquecimento for inferior à taxa de resfriamento, as zonas gasosas 185 185', 185a, 280 e/ou 185b irão se comprimir, aumentado a densidade média do moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b, diminuindo a porcentagem de nêutrons perdidos pela captura por ressonância, logo, aumentando a porcentagem de nêutrons lentos disponíveis para causar a fissão, o que aumenta a taxa de aquecimento. Portanto, o reator 15 é controlado para fazer com que a taxa de reação siga a taxa de resfriamento da matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b através do subsistema de refrigerante de reator 25. Consequentemente, o aumento ou a diminuição da taxa de resfriamento da matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b irá causar irá causar um aumento ou uma diminuição correspondente na saida de potência total do reator 15. Pelo fato de que a quantidade de energia do depositada no moderador é apenas uma pequena quantidade (por exemplo, aproximadamente entre 1% e 5%, tal como, por exemplo, aproximadamente 3%) da energia total produzida pelo reator 15, apenas uma quantidade relativamente pequena de energia (e calor correspondente) da energia total produzida pelo reator 15 é ajustada por uma taxa de resfriamento relativamente pequena (em relação à energia total produzida pelo reator 15) para manter o controle do reator 15. Então, controlar uma taxa de resfriamento relativamente pequena permite um controle simples e estável de uma saida de potência total do reator 15 que é, por exemplo, aproximadamente 30 vezes maior que a quantidade de calor e energia que são transmitidos ao moderador (e que são controlados através do ajuste da taxa de resfriamento).

[00177] Somente para ilustrar uma comparação entre a saida de potência total do reator relativamente ampla 15 e a quantidade relativamente pequena de energia transmitida a um moderador, um exemplo de um reator para fornecer potência a um gerador de potência elétrica de 1.000 Megawatts pode ser considerado. Uma energia total produzida através do gerador de potência exemplificative pode ser de aproximadamente 10.000.000.000 BTU/hora quando o gerador funciona à energia total. Se o moderador for água pesada (D2O) em uma temperatura em torno de 282 °C (540 graus Fahrenheit), o núcleo de reator pode conter, por exemplo, em torno de 100 toneladas de moderador. Supondo que 3% da energia total produzida pelo reator seja depositada no núcleo de moderador, então a quantidade de energia transmitida ao moderador pode ser em torno de 300.000.000 BTU/hora ou de 1.500 BTU/hora por libra do moderador. A essa taxa, mesmo que não tenha havido resfriamento fornecido, pode levar aproximadamente 25 minutos para evaporar cada libra de moderador. Visto que o moderador de vapor gasoso pode ser aproximadamente 20 vezes menos denso do que o moderador de liquido a essa temperatura exemplificativa, pode levar aproximadamente um minuto para ferver o moderador o suficiente para desalojar o residuo da libra do moderador de liquido a partir das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b nesse exemplo. Esse exemplo é fornecido puramente para mostrar a quantidade relativa de energia transmitida ao moderador. O método e o aparelho revelados podem ser usados em qualquer tipo ou tamanho de sistema de reator nuclear.

[00178] O reator 15 pode fornecer energia a partir de uma reação nuclear para fornecer potência a um subsistema de geração 10 em qualquer momento adequado durante a operação do mesmo. Um exemplo de como o reator 15 fornece potência ao subsistema de geração de potência 10 será fornecido agora, com o uso de operação em estado estacionário como um exemplo ilustrativo. O reator 15 também pode fornecer potência ao subsistema geração 10 durante outras fases e estados de operação do sistema de reator nuclear 5.

[00179] Em referência às Figuras 1 e 13, a bomba de refrigeração 390 pressuriza um fluxo de refrigerante de reator através da passagem mais fria de reagente frio 320 e da passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de refrigerante de reator 25. Com isso, o subsistema de refrigerante de reator 25 transporta o refrigerante de reator quente aos geradores de vapor dispostos no trocador de calor 20 por meio da passagem de refrigerante de reator quente 325. O refrigerante de reator quente que flui através dos tubos de gerador de vapor ferve água (H2O), que foi entregue ao trocador de calor 20 através do subsistema de vapor de turbina 65 (conforme adicionalmente explicado abaixo), por meio da transferência de calor. Enquanto passa através do trocador de calor 20, o refrigerante de reator que flui através passagem de refrigerante de reator quente 325 é resfriado através da transferência de calor entre o refrigerante de reator e água (H2O) no trocador de calor 20. O refrigerante de reator resfriado é, então, retornado ao reator subsequentemente 15 por meio da passagem de refrigerante de reagente frio 320 do subsistema de refrigerante de reator 25. O subsistema de refrigerante de reator 25 repete esse ciclo, de forma continua, transferindo uma quantidade desejada de refrigerante de reator quente, que foi aquecido pelo reator 15, ao trocador de calor 20 e, então, subsequentemente retornando o refrigerante de reator resfriado ao reator 15. O vapor de alta pressão (H2O) gerado através dos geradores de vapor de trocador de calor 20 é, então, transferido a uma turbina 45 por meio de uma passagem 70 de subsistema de vapor de turbina 65 (do subsistema de geração de potência 10) baseado em um fluxo de vapor (H2O) e de água (H2O) produzido por uma bomba de H2O 395. A bomba de H2O 395 pressuriza um fluxo de vapor (H2O) e de água (H2O) no trocador de calor 20, na passagem 70, nas passagens da turbina 45, na passagem 75, no subsistema de resfriamento de turbina 60 e na passagem 80 .

[00180] A turbina 45 converte o vapor de alta pressão (H2O) que é entregue através da passagem 70 do subsistema de vapor de turbina 65 em energia mecânica. Por exemplo, o vapor (H2O) estimula a pluralidade de elementos na haste giratória exemplificativa da turbina 45 descrita acima e se expande a partir das séries de cilindros exemplificativos descritos acima para acionar a haste da turbina 45. Essa operação de turbina 45 simplesmente ilustra um dentre quaisquer métodos adequados para produzir energia mecânica a partir do vapor (H2O) . A energia mecânica da haste exemplificativa da turbina 45 é então mecanicamente transferida para acionar o conjunto 50 do subsistema de geração de potência 10.

[00181] O conjunto de acionamento 50, então, transfere mecanicamente a energia mecânica transmitida ao gerador 55 do subsistema de geração de potência 10 por meio do conjunto de haste de acionamento exemplificative descrito acima ou por meio de qualquer outra conexão mecânica adequada. Assim, o conjunto de acionamento 50 pode acionar o gerador 55 para produzir eletricidade. Como exemplo, o gerador 55 gera eletricidade CA em qualquer frequência adequada tal como, por exemplo, uma potência de 50 Hz (ciclo 50) ou de 60 Hz (ciclo 60). A eletricidade do gerador 55 é, então, fornecida por meio de técnicas de transferência convencionais a uma grade de potência ou qualquer outra localização ou atividade que use eletricidade.

[00182] A passagem 75 do subsistema de vapor de turbina 65 transfere o vapor morto, ou supérfluo, (H2O) da turbina 45 ao subsistema de resfriamento de turbina 60 do subsistema de geração de potência 10. O subsistema de resfriamento de turbina 60 usa qualquer técnica adequada tal como, por exemplo, usar condensadores, torres de resfriamento, fluxo de ar forçado e/ou resfriar por passagem única para condensar vapor (H2O) em água (H2O) . A água relativamente fria (H2O) é, então, transferida do subsistema de resfriamento de turbina 60 ao trocador de calor 20 por meio de uma passagem 80.

[00183] A água relativamente fria (H2O) entregue ao trocador de calor 20 por meio de uma passagem 80 do subsistema de vapor de turbina 65 entre no trocador de calor 20. Um pouco da água relativamente fria (H2O) entra na porção interior inferior do trocador de calor 20 e um pouco da água relativamente fria (H2O) entra no trocador de calor 20 na porção superior e/ou superior do trocador de calor 20. A água relativamente fria (H2O) que entra na porção interior inferior é aquecida e fervida através da transferência de calor com o refrigerante de reator quente transferido no trocador de calor 20 por meio da passagem de refrigerante de reator quente 325 do subsistema de refrigerante de reator 25. A água relativamente fria (H2O) que entra na porção superior é injetada na porção interior inferior do trocador de calor 20 por meio da pluralidade de bocais 83 disposta na porção superior e/ou central do trocador de calor 20, nas paredes interiores do trocador de calor 20. A pluralidade de bocais 83 injeta a água (H2O) na água fervente (H2O) contida já dentro da porção interior do trocador de calor 20. A água relativamente fria (H2O) se mistura com a água fervente (H2O) para ajudar a reduzir a magnitude da gradiente de temperatura de H2O contida dentro do trocador de calor 20. A ilustração exemplificative acima da transferência de água (H2O) ao trocador de calor 20 é fornecida puramente como um exemplo e qualquer técnica conhecida adequada para troca de calor pode ser usada no trocador de calor 20.

[00184] O processo descrito acima de usar energia partir de uma reação nuclear no reator 15 para produzir vapor (H2O) no trocador de calor 20 que usa o vapor (H2O) para acionar a turbina 45 e que aciona o gerador 55 através da turbina 45 é repetido, de forma continua, para produzir uma quantidade desejada de eletricidade. De forma semelhante, o processo de condensar vapor (H2O) em água (H2O) e retornar a água (H2O) ao trocador de calor 20 é repetido, de forma continua, conforme desejado. Portanto, esse processo é repetido, de forma continua, conforme desejado à medida que o reator 15 fornece potência ao subsistema de geração de potência 10 para produzir energia tal como, por exemplo, eletricidade.

[00185] Conforme o sistema de reator nuclear está em uma operação em estado estacionário, as demandas de potência podem variar. As demandas de potência podem variar em uma base de dias. Dependendo da hora do dia, ou durante a noite, as demandas de potência média podem mudar (por exemplo, as demandas de potência podem ser inferiores no meio da noite em uma noite de semana, conforme comparadas com durante a manhã de dia de semana ou em uma noite durante o fim de semana). O controlador 540 de subsistema de controle de reator 40 pode ser operador para variar uma saida de potência do sistema de reator nuclear 5. O controlador 540 pode ser operado para controlar um subsistema de controle de reator 40 e um subsistema de bomba 30 para variar uma taxa de resfriamento de refrigerante de reator e/ou o refrigerante de moderador no reator 15, assim uma saida de potência de sistema de reator nuclear 5 é variada através do uso retroalimentação negativa.

[00186] Quando o controlador 540 é desejado que um sistema de reator nuclear 5 gerar uma maior quantidade de potência, o mesmo é controlado para operar o subsistema de controle de reator 40 e o subsistema de bomba 30 para aumentar uma taxa de resfriamento do moderador no reator 15 de modo que a taxa de resfriamento do moderador seja maior que a taxa de aquecimento do moderador através dos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b. O controlador 540 controla a bomba de refrigeração 390 para fazer com que uma quantidade relativamente maior de refrigerante de reator flua através do reator 15. Caso a taxa de resfriamento fornecida através de um subsistema de refrigerante de reator 25 ao moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130' , 130a e/ou 130b for maior que a taxa de aquecimento do calor transmitido ao moderador na matriz de cavidade de controle 130, 130' , 130a e/ou 130b através da fissão no conjunto de combustível 125, 125' e 125a, as zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b irão se retrair. A retração das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b aumenta a densidade média do moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b, o que diminui a porcentagem de nêutrons perdidos pela captura por ressonância, portanto, a porcentagem dos nêutrons lentos disponíveis para causar a fissão e a taxa de aquecimento do reator 15 são aumentadas. Através do crescimento da taxa de aquecimento do reator 15, uma quantidade maior de calor será transmitida ao refrigerante de reator que flui na passagem de refrigerante de reator quente 325 e, portanto, uma quantidade maior de calor será transferida através do subsistema de refrigerante de reator 25 ao trocador de calor 20. Assim, trocador de calor 20 irá produzir uma quantidade maior de vapor (H2O) e uma quantidade maior de vapor (H2O) será transferida do trocador de calor 20 para a turbina 45 por meio da passagem 70. O controlador 540 também é operado para fazer com que a bomba de H2O 395 causa um maior fluxo de vapor (H2O) a ser transferido à turbina 45. A quantidade maior de vapor (H2O) fará com que a turbina 45 produza uma quantidade maior de energia mecânica que, quando transferida da turbina 45 ao gerador 55 por meio do conjunto de acionamento 50, fará com que o gerador 55 produza uma quantidade relativamente maior de potência (por exemplo, eletricidade).

[00187] Quando é desejado que o sistema de reator nuclear 5 gere uma quantidade menor de potência, o controlador 540 é operado para controlar o subsistema de controle de reator 40 e o subsistema de bomba 30 para diminuir uma taxa de resfriamento do moderador no reator 15 de modo que a taxa de resfriamento de moderador é menor que a taxa de aquecimento do moderador através dos tubos de combustível 135, 135' , 135a e/ou 135b. O controlador 540 controla a bomba de refrigeração 390 para fazer com que uma quantidade relativamente menor de refrigerante de reator flua através do reator 15. Caso a taxa de resfriamento fornecida através do subsistema de refrigerante de reator 25 ao moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b seja menor que a taxa de aquecimento de calor transmitido ao moderador na matriz de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b através da fissão no conjunto de combustível 125, 125' e 125a, as zonas gasosas 185, 185' , 185a, 280 e/ou 185b se expandirão. A expansão de zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b diminui a densidade média do moderador nas matrizes de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b, o que aumenta uma porcentagem de nêutrons perdidos através da captura por ressonância, portanto, diminuindo a porcentagem de nêutrons lentos disponíveis para causa a fissão e diminuindo a taxa de aquecimento do reator 15. Através da diminuição da taxa de aquecimento do reator 15, uma quantidade menor de calor será transmitida ao refrigerante de reator que flui na passagem de refrigerante de reator quente 325 e uma quantidade menor de calor será, portanto, transferida através do subsistema de refrigerante de reator 25 ao trocador de calor 20. Assim, o trocador de calor 20 irá produzir uma quantidade menor de vapor (H2O) e uma quantidade menor de vapor (H2O) será transferida ao trocador de calor 20 à turbine 45 por meio da passagem 70. O controlador 540 também é operado para fazer com que a bomba de H2O 395 faça com que menos fluxo de vapor (H2O) seja transferido à turbina 45. A quantidade menor de vapor (H2O) fará com que a turbina 45 produza uma quantidade menor de energia mecânica que, quando transferida da turbina 45 ao gerador 55 por meio do conjunto de acionamento 50, fará com que o gerador 55 produza uma quantidade relativamente menor de potência (por exemplo, eletricidade).

[00188] A retração e/ou expansão das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b podem ser muito graduais e/ou leves e ainda fornecerem controle o suficiente do sistema de reator nuclear 5. Então, mesmo uma pequena mudança no volume das zonas gasosas 185, 185', 185a, 280 e/ou 185b pode fornecer uma diferença grande o suficiente para afetar a captura por ressonância e para controlar o reator 15, suficientemente, através da retroalimentação negativa.

[00189] A operação do núcleo de reator 100b pode geralmente seguir a operação dos núcleos de reator 100, 100' e 100a descritos acima. Conforme retratado nas Figuras 121, 12J e 12K, o reator 100b fornece recursos adicionais para confinar o moderador na matriz de cavidade de controle 130b que pode ser usado, por exemplo, com uma porcentagem maior da fissão rápida.

[00190] Conforme ilustrado nas Figuras 121, 12J e 12K, o moderador relativamente frio é livre para se mover do espelho d'água 105 e para o tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b. O moderador disposto no tubo de influxo de refrigerante de moderador 335b é, então, livre para se mover nas cavidades de controle 140b por meio de orifícios 336b, assim o moderador nas cavidades de controle 140b é resfriado. Um volume substancialmente igual de um moderador mais quente se move para fora da cavidade de controle 140b e no tubo de escoamento de moderador 337b por meio de orifícios 338b. O moderador in tubo de escoamento de moderador 337b é livre para se mover do tubo de escoamento de moderador 337b para a zona refletora 95. Visto que as cavidades de controle 140b têm porções superiores fechadas, o moderador pode não ser livre para se mover entre as porções superiores das cavidades de controle 140b e da zona refletora 95.

[00191] Com referência à Figura 12N, a modalidade revelada pode operar quando, por exemplo, o moderador é refrigerado pela circulação do moderador relativamente refrigerado através do e no espelho d'água 105 e/ou cavidade de controle 140b (e/ou 140' e/ou 140a) . A modalidade da Figura 12N pode operar com base na estabilidade da pressão de moderador de vapor em substancialmente todos os pontos no sistema e a estabilidade da altura do limite 115 disposto no topo do espelho d'água 105 acima das varas de combustível 127b (e/ou varas de combustível similares dispostas no núcleo do reator 100' e 100a) . O tubo refrigerante de moderador 327b (e/ou tubos refrigerantes de moderador similares dispostos no núcleo do reator 100' e 100a) permite o fluxo de moderador da zona refletora 95 e cavidades de controle 140b (e/ou cavidades de controle 140' e/ou 140a) nos tubos de troca de calor de moderador 390b que passam através do tanque 377b para a passagem 355b e bomba de refrigeração de moderador 350b. A taxa de refrigeração de moderador pode ser, por exemplo, a taxa de fluxo da bomba multiplicada pela diferença na temperatura entre a temperatura da água (H2O) , temperatura no tanque 377b e a temperatura de moderador no espelho d'água 105. Devido à diferença de temperatura pode ser mantida a um nivel constante, a taxa de refrigeração de cavidade de controle de moderador e, portanto, a saida de potência total de reator é proporcional à taxa de fluxo da bomba. Portanto, uma operação imprópria da bomba de refrigeração de moderador 350b e/ou um interrupção da potência da bomba irá desligar a reação no reator 15. O moderador refrigerado flui da bomba de refrigeração de moderador 350b via passagem 322b (e/ou passagem similar disposta em núcleos do reator 100' e/ou 100a) para tubos de influxo de refrigerante de moderador 335b (e/ou tubos similares dispostos em núcleos do reator 100' e/ou 100a). Um condensador e porção de fluxo diferencial similar em forma e função ao condensador 570 e porção de fluxo diferencial 675 de subsistema de acompanhamento de carga 515 pode ser inserida na passagem 322b adjacente à bomba 350b.

[00192] A operação de subsistema de controle de reator 40 será descrita agora, começando com uma descrição de uma operação exemplificativa de subsistema de acompanhamento de carga 515. A operação de subsistema de controle de reator é controlada através de um controlador 540 do subsistema de controle 510.

[00193] Conforme ilustrado na Figura 20, a porta 545 do subsistema de acompanhamento de carga 515 reduz seletivamente um fluxo de vapor (H2O) do trocador de calor 20 para a turbina 45 através da passagem 70 pelo desvio do vapor (H2O) da passagem 70 na passagem 555. Para desviar o vapor (H2O) na passagem 555, a porta 545 é movida da posição fechada para a posição parcialmente aberta ou a posição completamente aberta. Quando a porta 545 está na posição fechada, substancialmente todo o fluxo de vapor (H2O) flui da passagem 70 para a turbina 45. Quando a porta 545 é movida para a posição parcialmente aberta (por exemplo, quando o fluxo de vapor desejado para a turbina 45 deve diminuir para se adequar a uma demanda de energia elétrica menor), o vapor em excesso (H2O) , o qual é proporcional à quantidade pela qual a porta 545 é aberta, flui da passagem 70 na passagem 555. Portanto, a operação da porta 545 controla a quantidade de vapor (H2O) que é desviada da passagem 70 na passagem 555. Uma operação da porta 550, a qual é similar à operação da porta 545, controla uma quantidade de vapor (H2O) que é desviada da passagem 555 na passagem 560. O vapor (H2O) que flui na passagem 560 é transferido diretamente para o subsistema de resfriamento de turbina 60 através da passagem 560. Portanto, uma operação da porta 550 controla a quantidade de fluxo de vapor (H2O) que desvia da turbina 45 e é transferida diretamente para o subsistema de resfriamento de turbina 60. Dependendo da posição do mesmo e operando de forma similar à porta 545, a porta 550 pode desviar substancialmente todo o fluxo, substancialmente nenhum fluxo ou parte do fluxo de vapor (H2O) da passagem 555 para o subsistema de resfriamento de turbina 60 através da passagem 560. Quando um desligamento rápido da turbina 45 é desejado, a porta 545 é movida para a posição aberta para transferir substancialmente todo o fluxo de vapor (H2O) da passagem 70 na passagem 555 e a porta 550 é movida para a posição aberta para transferir substancialmente todo o fluxo de vapor (H2O) da passagem 555 na passagem 560. Portanto, substancialmente todo o fluxo de vapor (H2O) do trocador de calor 20 é desviado para o subsistema de resfriamento de turbina 60, o que facilita o desligamento rápido da turbina 45.

[00194] O vapor (H2O) que flui através da passagem 555 que não é desviado para o subsistema de resfriamento de turbina 60 através da passagem 560, flui para o condensador 570 através da passagem 565 ou pode fluir para um condensador similar (não mostrado) na passagem 322b, conforme revelado na Figura 12N. Devido à troca de calor entre o vapor (H2O) disposto no condensador 570 e refrigerante de reator frio que flui através da passagem de refrigerante de reator frio 320, parte ou substancialmente todo o vapor (H2O) disposto no condensador 570 condensa em água (H2O) . A válvula 575 opera para permitir que água (H2O) flua para fora do condensador 570 enquanto bloqueia substancialmente um fluxo de vapor (H2O) fora do condensador 570. A água (H2O), então, flui do condensador 570 para o trocador de calor 585 através da passagem 580. O trocador de calor 585 resfria uma temperatura da água (H2O) para uma temperatura desejada (por exemplo, uma temperatura substancialmente igual à da água (H2O) sendo transferida pela passagem 80 do subsistema de vapor de turbina 65) . A passagem 590, então, transfere a água (H-O) do trocador de calor 585 para a passagem 80 através da junção 595. A passagem 80, então, transfere a água (H2O) para uma entrada da bomba 395 do subsistema de bomba 30.

[00195] Dessa forma, o subsistema de acompanhamento de carga 515 permite o controle da turbina 45 pelo ajuste da porta 545 para direcionar mais ou menos vapor (H2O) do trocador de calor 20 para passar pela turbina 45 conforme a demanda de energia flutua. Em alguns casos de operação normal, o vapor em excesso (H2O) é usado para pré-aquecer a matéria-prima de entrada do subsistema de resfriamento de turbina 60 para o trocador de calor 20. Além disso, parte do vapor em excesso (H2O) pode ser usada para aquecer o refrigerante de cavidade de controle de moderador primário através de um trocador de calor (por exemplo, um pequeno trocador de calor) disposto na passagem 322b ou na passagem 320, o que, portanto, reduz o resfriamento das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b e a saida de energia do reator quando uma quantidade de vapor em excesso (H2O) aumenta (ou aumenta a saida de energia quando uma quantidade de vapor em excesso (H2O) diminui).

[00196] Uma operação exemplificativa de subsistema de desvio 520 será descrita agora. A bomba 600 é controlada pelo controlador 540 para pressurizar seletivamente o refrigerante de reator na passagem 605 para a bomba refrigerante de reator da passagem de refrigerante de reator quente 325 na passagem de refrigerante de reator frio 320, o que desvia assim do trocador de calor 20 e da bomba 390. Portanto, a bomba 600 e a passagem 605 permitem que o refrigerante de reator relativamente quente que flui através da passagem de refrigerante de reator quente 325 desvie do trocador de calor 20 e flua diretamente na passagem de refrigerante de reator frio 320, o que permite assim que o refrigerante quente se misture com o refrigerante relativamente frio e eleve a temperatura do refrigerante que flui na passagem de refrigerante de reator frio 320 nos momentos desejados durante a operação do reator 15 (por exemplo, durante um desligamento, operação em baixa energia e/ou carregamento de refrigerante de reator inicial).

[00197] Portanto, o subsistema de desvio 520 permite que uma quantidade relativamente pequena de refrigerante primário seja forçada do percurso de refrigerante normal, desvie do trocador de calor 20 e/ou do núcleo do reator 100, 100', 100a, e/ou 100b. O subsistema de desvio 520 pode operar quando a bomba de refrigeração 390 e/ou bomba de H2O 395 são orientadas por um único motor e quantidades proporcionais de fluido são bombeadas através do subsistema de transferência 305 para equilibrar uma quantidade de calor que entra no trocador de calor 20 através da passagem de refrigerante de reator quente 325 e uma quantidade de calor que sai do trocador de calor 20 através de fluxo de vapor (H2O) através da passagem 70 para a turbina 45 durante a operação normal. Em baixa energia, desvios de temperatura significativos podem ocorrer (por exemplo, desvios de temperatura maiores que na potência total) e esses desvios de temperatura podem mudar a razão de fluxo entre uma taxa de fluxo de refrigerante primário através da passagem de refrigerante de reator quente 325 e uma taxa de fluxo da matéria-prima da turbina através da passagem 70 fora de uma razão de fluxo desejada. A operação do subsistema de desvio 520 compensa esses desvios de temperatura e mantém a razão de fluxo entre uma taxa de fluxo de refrigerante primário através da passagem de refrigerante de reator quente 325 e uma taxa de fluxo da matéria-prima da turbina através da passagem 70 em uma razão de fluxo desejada. Em resposta a esses desvios de temperatura, a bomba 600 pode operar em uma capacidade relativamente baixa. Por exemplo, a capacidade da bomba 600 pode ser de 3% da capacidade da bomba 390 na potência total, a qual pode corresponder a 30% da capacidade de bomba 390 a 10% de energia, q qual pode ser capacidade o bastante para a bomba 600 compensar por um desequilíbrio significativo na razão de fluxo desejada. A bomba 600 também pode operar em situações quando não é desejável passar qualquer matéria- prima de turbina através da passagem 70 para a turbina 45, mas é desejável manter um pequeno fluxo de refrigerante primário de reator através do núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b (por exemplo, na inicialização do reator para trazer o núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b uniformemente até a temperatura de operação) .

[00198] Uma operação exemplificativa do subsistema de estabilização de moderador 525 será descrita agora. Durante a operação normal do reator 15, a válvula 615 está em uma posição fechada, o que bloqueia substancialmente o fluxo de moderador de vapor da área de vapor 110 da zona refletora 95 em um reservatório 625 através da passagem 610. Quando o controlador 540 controla a válvula 615 para abrir, o moderador de vapor flui da área de vapor 110 em um reservatório 625 através da passagem 610. Após entrar no reservatório 625 através da passagem 610, o moderador de vapor condensa em superficies relativamente frias das paredes interiores do reservatório 625. A válvula 615 pode ser aberta quando um desligamento rápido do reator é desejado. O moderador de vapor que flui através da passagem 610 também flui no condensador 635 através da passagem 630. Devido à troca de calor com água relativamente fria (H2O) que flui através da passagem 80, o moderador de vapor disposto no condensador 635 condensa em moderador liquido. A bomba 645 pressuriza seletivamente um fluxo de moderador liquido em passagens 640 e 650, desse modo, bombeando o moderador liquido condensado de volta no reator 15, por exemplo, na área de vapor 110. O moderador liquido condensado transferido na área de vapor 110 através da passagem 650 faz com que o moderador de vapor adicional na área de vapor 110 condense e reduz uma temperatura do moderador na zona refletora 95. A bomba 645 pode ser operada a uma taxa de fluxo que mantém uma pressão de vapor constante na área de vapor 110 e na zona refletora 95. Essa função também é servida pela válvula de controle de pressão de vapor 380b revelada na Figura 12N.

[00199] Dessa forma, o subsistema de estabilização de moderador 525 opera para condensar o moderador de vapor em excesso e bombear o mesmo de volta no espelho d'água 105 quando uma pressão do moderador de vapor na área de vapor 110 se eleva acima de um valor desejado. A manutenção da pressão do moderador de vapor na área de vapor 110 em uma faixa de pressão desejada fornece uma operação normal das cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b devido ao subsistema de estabilização de moderador 525 operar para manter a estabilidade da pressão de vapor na zona de vapor 110, para manter a estabilidade de uma temperatura do moderador de vapor próxima ao limite 115 da zona refletora 95 e para manter a estabilidade de uma temperatura de moderador liquido próxima ao limite 115 da zona refletora 95.

[00200] Uma operação exemplificativa do subsistema de estabilização de refrigerante de reator 530 será descrita agora. A passagem substancialmente livre do refrigerante de reator entre o reservatório 655 e a passagem de refrigerante de reator quente 325 ocorre através de uma passagem 665. O elemento de aquecimento 660 aquece seletivamente o reservatório 655 para manter o refrigerante de reator armazenado dentro do reservatório 655 a uma temperatura e/ou pressão desejada quando a pressão diminui abaixo do valor desejado. Quando a pressão se eleva acima de um valor desejado, o refrigerante de reator frio da passagem de refrigerante de reator frio 320 é injetado seletivamente no reservatório 655 por uma bomba (não mostrado) . O refrigerante de reator relativamente frio vaporizado no reservatório 655 condensa uma porção do vapor refrigerante de reator no reservatório 655, o que, dessa forma, reduz seletivamente uma pressão no reservatório 655 e na passagem de refrigerante de reator quente 325.

[00201] Com referência às Figuras 15 e 20, uma operação exemplificativa de subsistema de fluxo diferencial 535 será descrita agora. Devido a porções de cada área (por exemplo, área Al, A2, A3 e/ou A4) nas extremidades de entrada e saida de cada passagem concêntrica sucessiva 670 poderem ser bloqueadas, uma taxa de fluxo substancialmente igual em cada uma das passagens concêntricas 670 é mantida através das porções de passagem de refrigerante de reator frio 320 nas quais passagens concêntricas 670 são dispostas. Portanto, devido às áreas das passagens concêntricas poderem variar, o tempo para o fluido atravessar as diferentes passagens concêntricas pode variar e mudanças de temperatura rápidas na passagem de refrigerante de reator frio 320 são espalhadas ao longo do tempo.

[00202] O sistema de reator nuclear 5 pode operar ao longo de qualquer periodo de tempo adequado como, por exemplo, um periodo de anos ou de décadas de operação continua. Conforme o sistema de reator nuclear opera ao longo desse periodo de anos ou décadas, um tamanho de zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b irão diminuir gradualmente e substancialmente desaparecer em direção ao fim do periodo de tempo de operação. As zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b serão diminuídas e eventualmente substancialmente desaparecerão devido a uma quantidade de teor fissil do combustível nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b diminuir ao longo do tempo e, portanto, uma maior densidade de moderador nos arranjos de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b será usada para compensar pelo teor fissil diminuído e para manter uma razão de fissão desejada. As zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b também irão diminuir e eventualmente substancialmente desaparecer devido aos subprodutos de fissão absorventes de nêutron continuarem a acumular ao longo do periodo de operação do sistema de reator nuclear 5. Consequentemente, as zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b também irão diminuir e eventualmente substancialmente desaparecer devido ao aumento nos subprodutos de fissão absorventes de nêutron ao longo do tempo e, portanto, uma maior densidade de moderador nos arranjos de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b também será usada para compensar pela captura de nêutron aumentada e para manter uma taxa de fissão desejada.

[00203] Ao longo do tempo, após as zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b terem substancialmente desaparecido, uma quantidade de teor fissil do combustível nos tubos de combustível 135, 135', 135a e/ou 135b pode eventualmente se tornar baixa o bastante e/ou uma quantidade de subprodutos de fissão absorventes de nêutron produzidos no reator 15 irá eventualmente se tornar grande o bastante de forma que o reator 15 se torne subcritico e a taxa de fissão no sistema de reator nuclear 5 pode se tornar insignificante. Portanto, o reator 15 irá desligar. Nesse ponto, um novo combustível pode ser fornecido para o reator 15 ou o reator 15 pode ser operado por breves periodos após o desligamento seguinte ao decaimento de xenônio.

[00204] O sistema de reator nuclear 5 também pode ser desligado, se desejado, antes do desligamento no fim do periodo de tempo de operação descrito acima. O sistema de reator nuclear pode ser desligado intencionalmente pelo subsistema de controle de reator 40. No caso de desligamento intencional, a operação do subsistema de refrigerante de reator 25 pode ser controlada para suprir uma guantidade relativamente pequena ou substancialmente nenhum refrigerante de reator e/ou moderador refrigerante para o reator 15. Neste caso, o moderador em arranjos de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b irá ficar muito quente, o que faz com que as zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280, e/ou 185b se expandam para preencher substancialmente todas as cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b. Conforme descrito acima, quando as zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b preenchem substancialmente todas as cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b, a densidade média do moderador em arranjos de cavidade de controle 130, 130', 130a e/ou 130b diminui. Essa diminuição na densidade de moderador aumenta a porcentagem de nêutrons perdidos pela absorção em velocidades intermediárias e altas (captura por ressonância) o que, portanto, diminui a porcentagem de nêutrons lentos disponíveis para causar fissão, o que diminui a taxa de aquecimento do reator 15. Consequentemente, se o fluxo de refrigerante de reator e moderador refrigerante para o reator 15 permanece pequeno ou substancialmente parado, as zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b continuarão a preencher substancialmente todas as cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b e o reator 15 irá desligar. De forma similar ao desligamento intencional, se o subsistema de refrigerante de reator 25 não operar apropriadamente e não fornecer refrigerante de reator e/ou moderador refrigerante para o reator 15, as zonas gasosas 185, 185', 185a, 185b, 280 e/ou 185b irão se expandir para preencher substancialmente todas as cavidades de controle 140, 140', 140a e/ou 140b e o reator 15 irá eventualmente desligar sozinho da mesma maneira conforme descrito acima para desligamento intencional.

[00205] A operação do subsistema de refrigerante auxiliar 35 será descrita agora, começando com a descrição de uma operação exemplificativa do subsistema de circuito de convecção 410.

[00206] Com referência à Figura 16, as junções 425 e 455 podem ser configuradas de forma que, no fluxo de refrigerante substancialmente total (operação de energia total), a pressão A na passagem 430 e a pressão B na junção 455 se oponham e equilibrem uma à outra de forma que não exista substancialmente nenhum fluxo de fluido através das passagens 430, 435, 440 e 445, porção de fusão 450 e junção 455. Se a bomba de refrigeração 390 para de bombear refrigerante de reator frio através da passagem de refrigerante de reator frio 320, através do núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b e para fora da passagem de refrigerante de reator quente 325 para o trocador de calor 20, então, o refrigerante de reator quente que sai do núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b pode fluir na passagem 430 do subsistema de circuito de convecção 410 na junção 425. O refrigerante de reator quente flui para baixo através da passagem 430, abaixo de uma elevação da superfície de topo do espelho d'água 105. O refrigerante de reator quente, então, flui para cima da passagem 430 na passagem 435 e, então, em direção à estrutura de detenção 85 e ao vaso de pressão 90 através da pluralidade de passagens 440. O refrigerante de reator quente flui da pluralidade de passagens 440 na pluralidade de passagens correspondente 445. O refrigerante de reator quente flui através da pluralidade de passagens 445, o que confere calor pela troca de calor ao vaso de pressão 90. O refrigerante de reator flui através da pluralidade de passagens 445 para uma posição próxima ou abaixo do fundo do núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b. O refrigerante de reator, então, flui na passagem de refrigerante de reator frio 320 através da junção 455. O refrigerante de reator que entra na passagem de refrigerante de reator frio 320, então, entra no núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b. Após sair do núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b, parte do refrigerante de reator reentra no subsistema de circuito de convecção 410 na junção 425.

[00207] A pressão A se opõe e equilibra a pressão B quando a bomba 390 circula o moderador refrigerante frio a uma taxa que corresponde à operação na potência máxima do reator de forma que muito pouco refrigerante flua através do circuito de convecção na potência total. Em menos que a potência total (que pode ser a um fluxo de refrigerante de reator muito menor que o tal ou substancialmente nenhum fluxo de refrigerante de reator), um circuito de convecção opera para circular refrigerante de reator através do subsistema de circuito de convecção 410. Portanto, se desejado, o subsistema de circuito de convecção 410 opera para circular refrigerante de reator através do reator 15 mesmo quando o subsistema de refrigerante de reator 25 não está em operação. O subsistema de circuito de convecção 410 e as válvulas 460 e 465 podem ser sistemas autônomos que operam de forma independente do controlador 540 e de qualquer fonte de energia elétrica. Por exemplo, as válvulas 460 e 465 podem operar para isolar um fluxo de refrigerante de reator dentro do subsistema de circuito de convecção 410 no caso de uma interrupção do fluxo do subsistema de refrigerante de reator 25 ou um vazamento em qualquer um dos componentes do subsistema de refrigerante fora da estrutura de detenção 85. A válvula 460 opera para bloquear substancialmente um fluxo de refrigerante de reator fora do reator 15 através da passagem de refrigerante de reator frio 320 em qualquer caso quando a pressão externa é menor que a pressão na passagem de refrigerante de reator frio 320 dentro do vaso de pressão 90. Além disso, a válvula 465 opera para bloquear substancialmente o fluxo de refrigerante de reator fora do reator 15, quando uma quantidade de refrigerante de reator in reator 15 é menor que uma quantidade limite desejada. Portanto, o subsistema de circuito de convecção 410 opera para manter a circulação de refrigerante de reator através do reator 15 de forma independente de uma operação do subsistema de refrigerante de reator 25 se desejado.

[00208] Com referência às Figuras 17 e 18, uma operação exemplificativa do subsistema de troca de calor auxiliar 415 será descrita agora. Quando a temperatura do moderador dentro da zona refletora 95 excede a temperatura de operação normal do mesmo, o vaso de pressão 90 também é aquecido para cerca da mesma temperatura pela condução do moderador e do vapor de moderador. O material em mudança de estado alojado dentro do membro de troca de calor 47 0 é aquecido de forma crescente. Se aquecido além de um nivel de limite, o material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 470 irá mudar de estado (por exemplo, aquecido de um estado sólido em um estado liquido ou aquecido de um estado liquido em um estado gasoso) , o que melhora as propriedades de condutividade do material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 470. O material em mudança de estado do membro de troca de calor 470 irá transferir de forma eficaz o calor para fora do vaso de pressão 90 por convecção ou por transferência de vapor e em direção a um exterior da estrutura de detenção 85, o qual pode ter uma baixa condutividade térmica.

[00209] 0 material em mudança de estado do membro de troca de calor 475 é, então, aquecido pelo calor transferido do membro de troca de calor 470. Se aquecido além de um nivel de limite, o material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 475 irá mudar de estados (por exemplo, aquecido de um estado sólido em um estado liquido ou aquecido de um estado liquido em um estado gasoso), o que melhora as propriedades de condutividade do material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 475.

[00210] O material em mudança de estado dos membros de troca de calor 475 irá, então, fluir do membro de troca de calor 475 no membro de troca de calor 480. Quando membros de troca de calor 480 se estendem em uma ampla área de terreno (por exemplo, campo e/ou estacionamento), o calor transferido pelo material em mudança de estado disposto e/ou que flui nos membros de troca de calor 480 irá dissipar no terreno adjacente e na superfície do solo. Além disso, quando os membros de troca de calor 480 são dispostos em um ângulo levemente para cima de um plano substancialmente horizontal, o material em mudança de estado disposto e/ou que flui dentro do membro de troca de calor 480 dissipa de forma crescente o calor conforme a distância do reator 15 aumenta.

[00211] Quando resfriado além do nivel de limite, o material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 480 irá mudar de estados novamente (por exemplo, resfriado de um estado gasoso em um estado liquido ou resfriado de um estado liquido em um estado sólido). Por exemplo, se o material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 475 e 480 é H2O, o vapor (H2O) condensa em água (H2O). Quando os membros de troca de calor 480 são dispostos em um ângulo levemente para cima de um plano substancialmente horizontal, o material em mudança de estado, por exemplo, água (H2O), irá formar bolhas de vapor nos membros de troca de calor 475 que se elevam rapidamente para o topo dos membros de troca de calor 475 e, então, fluem para fora ao longo dos topos dos membros de troca de calor 480 até que os mesmos condensem na água mais fria (H2O) nos membros de troca de calor 480 e fluam por causa da gravidade em direção ao reator 15. Conforme o material em mudança de estado flui de volta através dos membros que trocam calor 480 devido à gravidade em direção ao reator 15 e aos membros de troca de calor 475, o material em mudança de estado se torna novamente aquecido de forma crescente. Se aquecido além de um nivel de limite, o material em mudança de estado disposto nos membros de troca de calor 475 irá mudar de estados (por exemplo, aquecido de um estado liquido em um estado gasoso ou aquecido de um estado sólido em um estado liquido). O material em mudança de estado pode ser aquecido e resfriado iterativamente, dessa forma mudando entre estados em um ciclo e continuamente transferindo calor para fora do reator 15 para ser dissipado sobre a ampla área de terreno (por exemplo, campo e/ou estacionamento) sob a qual os membros de troca de calor 480 se estendem. É contemplado que além de operar dentro do sistema de reator nuclear 5, o subsistema de troca de calor auxiliar 415 pode ser usado em conjunção com qualquer aplicação de transferência de calor adequada na qual o calor é transferido para fora de uma fonte central (por exemplo, qualquer tipo de usina de energia, qualquer tipo de estruturas de produção de calor tais como prédios comerciais, aplicações militares, estruturas e complexos residenciais e/ou complexos esportivos) .

[00212] Com referência à Figura 19, uma operação exemplificativa do subsistema de desligamento de reator auxiliar 420 será descrita agora. Durante a operação normal do reator 15, a válvula 487 pode permanecer fechada. Quando um influxo de material absorvente de nêutron no reator 15 é desejado (por exemplo, quando um desligamento do reator 15 é desejado), o controlador 540 controla a válvula 487 para abrir para permitir o fluxo de material absorvente de nêutron pressurizado do reservatório pressurizado 485 em uma ou mais passagens 490. O material absorvente de nêutron flui através de uma ou mais passagens 490, que flui, assim, através do núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b. Conforme o material absorvente de nêutron flui em direção à porção de extremidade 505, o vapor (H2O) disposto previamente na passagem 490 se torna cada vez mais pressurizado na porção de extremidade fechada 505 que serve como um tampão e reduz a possibilidade do fluxo de material absorvente de nêutron escapar da porção de extremidade 505 devido à força do fluxo pressurizado do reservatório pressurizado 485 na passagem 490. Devido à presença de material absorvente de nêutron nas passagens 490, uma quantidade crescente de nêutrons é absorvida do reator 15, o que diminui a taxa de fissão do reator 15. O controlador 540 controla a bomba 500 para bombear o material absorvente de nêutron da passagem 490 de volta para o reservatório 485 através da passagem de dreno 495 quando é desejado reiniciar o reator. Quando substancialmente nenhum material absorvente de nêutron é desejado na passagem 490, o controlador 540 controla a válvula 487 para fechar substancialmente completamente e controla a bomba 500 para evacuar o material absorvente de nêutron da passagem 490 no reservatório pressurizado 485. A bomba 500 mantém o reservatório pressurizado 485 em um estado pressurizado e o processo descrito acima pode ser repetido conforme desejado.

[00213] O sistema de reator nuclear revelado pode ser usado para tornar o controle de um reator nuclear mais fácil. Por exemplo, o reator 15 pode ser construído sem partes móveis dentro da estrutura de contenção 85. O método de controle revelado tem uma faixa relativamente larga (por exemplo, acima de 250 mk), o que permite o uso de combustíveis que têm reatividades amplamente diferentes enquanto obtém uma razão de conversão substancialmente máxima para cada combustível diferente em substancialmente todos os pontos no ciclo de vida do combustível. O sistema de reator nuclear revelado também aumenta bastante a razão de conversão e, portanto, aumenta a vida do combustível. Além disso, devido à faixa relativamente grande do método de controle revelado, o reator 15 pode usar combustíveis de maior reatividade como, por exemplo, urânio de baixo enriquecimento, combustível MOX, combustível de água leve de reator usada e combinações de combustível que incluem tório.

[00214] Devido às cavidades de controle reveladas reagirem de forma independente entre si para controlar o fluxo de nêutron local, as ondas de xenônio podem ser suprimidas naturalmente, o que aumenta a eficácia do reator 15. Além disso, o fluxo de nêutron pelo núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b é bem nivelado, o que permite uma saida de energia total relativamente maior do sistema de reator nuclear 5. Além disso, a queima de combustível pelo núcleo do reator 100, 100', 100a e/ou 100b pode ser relativamente equilibrada.

[00215] O sistema de reator nuclear revelado pode não ter que usar reabastecimento continuo ou parcial devido ao excesso de nêutrons poder ser usado para estender a vida da razão de conversão maior de combustível fresco, em vez de ser usado para estender de forma menos eficaz a vida de combustível mais antigo que tem uma razão de conversão mais baixa. Devido ao reator 15 poder usar urânio natural como combustível, o reator 15 não pode utilizar a capacidade de enriquecimento de isótopo (por exemplo, urânio), portanto, diminuir a possibilidade de proliferação nuclear. Devido à alta razão de conversão do reator 15, grande parte da saida de energia é produzida por fissão de isótopos de plutônio (em grande parte Pu239) produzidos a partir de U238 no reator 15, o que, portanto, aumenta significativamente o KWH total de potência produzida por tonelada de urânio extraído e que diminui significativamente uma quantidade de residue nuclear gerada por KWH de potência produzida.

[00216] As cavidades de controle reveladas podem dotar o reator 15 de uma estrutura simples para controle eficaz do sistema de reator nuclear 5. As cavidades de controle reveladas podem fornecer uma diferença de temperatura reduzida entre o refrigerante de reator e o moderador de forma que a perda de calor do refrigerante quente para o moderador seja reduzida, o que permite temperaturas de refrigerante de saida maiores e turbinas de vapor mais eficazes. Além disso, as cavidades de controle reveladas podem fornecer uma diferença de pressão reduzida pelo reator 15, o que permite que os tubos de pressão de refrigerante sejam feitos com menos material estrutural, o que absorve menos nêutrons e pode aumentar a razão de conversão do combustível.

[00217] As montagens de combustível reveladas podem fornecer varas de combustível interiores nos tubos de combustível revelados que são relativamente menos sombreados dos nêutrons térmicos por varas de combustível externas de forma que as temperaturas sejam relativamente iguais pelos tubos de combustível, o que permite que os tubos de combustível e as montagens de combustível contenham mais varas de combustível e/ou varas de combustível de maior diâmetro. Consequentemente, a saida de energia por volume do reator pode ser aumentada.

[00218] O sistema de troca de calor auxiliar 415 pode fornecer um método para transferência eficaz de calor do reator 15 ou de qualquer outra fonte de calor adequada. O sistema de troca de calor auxiliar 415 fornece um sistema de transferência de calor eficaz que pode operar sem partes mecânicas móveis.

[00219] O sistema de reator nuclear revelado também pode fornecer o desligamento automático e/ou intencional do reator 15 quando desejado. 0 sistema de reator revelado também pode fornecer métodos para controlar uma quantidade de vapor que é entregue para a turbina 45 através de um sistema de desvio, o qual pode assumir controle da produção de potência de forma mais eficaz.

[00220] Será aparente àqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas ao sistema de reator nuclear revelado. Outras modalidades serão aparentes àqueles versados na técnica a partir da consideração do relatório descritivo e da prática do método e aparelho revelados. É intencionado que o relatório descrito e os exemplos sejam considerados somente como exemplificativos com um escopo verdadeiro sendo indicado pelas seguintes reivindicações e equivalentes das mesmas.

Claims

1. Método para controlar um reator nuclear, compreendendo: fornecer um núcleo de reator que inclui um conjunto de combustível, o conjunto de combustível incluindo uma pluralidade de elementos de combustível; fornecer uma zona refletora que cerca o núcleo do reator; caracterizadopor compreender: fornecer uma pluralidade de caixas adjacentes, cada uma possuindo uma cavidade, adjacente aos elementos de combustível; permitir o movimento de um moderador no interior e fora de cada cavidade da pluralidade de caixas adjacentes em uma parte inferior da pluralidade de caixas adjacentes; e confinar o moderador em cada cavidade da pluralidade de caixas adjacentes em uma parte superior da pluralidade de caixas adjacentes; em que o moderador se move a partir de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes até a zona refletora através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes, e o moderador se move a partir da zona refletora até pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo moderador ser D2O.

3. Método para controlar um reator nuclear, compreendendo: fornecer um núcleo de reator que inclui um conjunto de combustível, o conjunto de combustível incluindo uma pluralidade de elementos de combustível; fornecer uma zona refletora que cerca o núcleo do reator; caracterizadopor compreender: fornecer uma pluralidade de caixas adjacentes, adjacentes aos elementos de combustível, cada caixa adjacente possuindo uma cavidade; permitir o movimento de um moderador no interior e fora de cada cavidade em uma parte inferior da caixa adj acente; bloquear um movimento do moderador no interior e fora de cada cavidade em uma parte superior da caixa adj acente; manter uma quantidade de calor removido do moderador em cada cavidade substancialmente igual a uma quantidade de calor transmitida por condução de calor, radiação de nêutrons ou radiação gama do conjunto de combustível para o moderador em cada cavidade; e manter uma quantidade substancialmente constante ou mudando lentamente do moderador em um estado gasoso em cada cavidade em uma parte superior da caixa adjacente; em que o moderador se move a partir de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes até a zona refletora através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes, e o moderador se move a partir da zona refletora até pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo moderador ser D2O.

5. Método para controlar um reator nuclear, compreendendo: fornecer um núcleo de reator que inclui um conjunto de combustível, o conjunto de combustível incluindo uma pluralidade de elementos de combustível; fornecer uma zona refletora que cerca o núcleo do reator; caracterizadopor compreender: fornecer uma pluralidade de caixas adjacentes, adjacentes aos elementos de combustível, cada caixa adjacente possuindo uma cavidade; permitir o movimento de um moderador no interior e fora de cada cavidade em uma parte inferior de cada caixa adj acente; bloquear um movimento do moderador em um estado gasoso fora de cada cavidade em uma parte superior de cada caixa adjacente; remover uma quantidade de calor do moderador em cada cavidade; e controlar uma quantidade de moderador que é mantido no estado gasoso em cada cavidade na parte superior de cada caixa adjacente pela variação da quantidade de calor removida do moderador em cada cavidade; em que o moderador se move a partir de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes até a zona refletora através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes, e o moderador se move a partir da zona refletora até pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo moderador ser D2O.

7. Método para controlar uma taxa de reação de um núcleo de reator nuclear, compreendendo: fornecer um núcleo de reator que inclui um conjunto de combustível, o conjunto de combustível incluindo uma pluralidade de elementos de combustível; fornecer uma zona refletora que cerca o núcleo do reator; caracterizadopor compreender: fornecer uma pluralidade de caixas adjacentes, adjacentes aos elementos de combustível, cada caixa adjacente possuindo uma cavidade; permitir o movimento de um moderador no interior e fora de cada cavidade; utilizar radiação de nêutrons ou radiação gama liberada a partir de elementos de combustível para aquecer uma parte do moderador em cada cavidade em um estado gasoso, cada pluralidade de caixas adjacentes possuindo uma parte superior fechada e uma parte inferior aberta; reter o moderador no estado gasoso em cada cavidade em cada parte superior fechada; variar uma quantidade de moderador, em cada cavidade, mantido no estado gasoso pela variação da quantidade de calor removida do moderador em cada cavidade; e variar uma quantidade de nêutrons capturados pelo conjunto de combustível com captura por ressonância ao deslocar uma parte do moderador em cada cavidade em um estado liquido com base na quantidade de moderador em cada cavidade mantido no estado gasoso; em que o moderador se move a partir de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes até a zona refletora através da parte inferior aberta de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes, e o moderador se move a partir da zona refletora até pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes através da parte inferior aberta de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo moderador ser D2O.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopor, quando a taxa de reação for maior que um valor desejado, a taxa de reação mais alta aumentar o fluxo de nêutrons em cada cavidade, aumentar a deposição de calor no interior do moderador em cada cavidade, aumentar a quantidade de moderador em cada cavidade no estado gasoso e deslocar parte do moderador no estado liquido em cada cavidade descendentemente para fora de cada respectiva cavidade, o que diminui a massa do moderador em cada cavidade, aumenta uma quantidade de nêutrons capturados por captura por ressonância e diminui a quantidade de nêutrons que alcança a energia térmica e causa fissão.

10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopor, quando a taxa de reação é inferior a um valor desejado, a taxa de reação mais baixa diminuir o fluxo de nêutrons em cada cavidade, diminuir a deposição de calor no interior do moderador em cada cavidade, aumentar a taxa de condensação do moderador gasoso em cada cavidade para o estado liquido, diminuir a quantidade de moderador em cada cavidade no estado gasoso e permitir o deslocamento de parte do moderador liquido na zona de moderador ascendentemente para o interior de cada respectiva cavidade, o que aumenta a massa do moderador em cada cavidade, diminui uma quantidade de nêutrons capturados por captura por ressonância e aumenta a quantidade de nêutrons que alcança energia térmica e causa fissão.

11. Aparelho para um reator nuclear, compreendendo: uma estrutura de contenção, com o seguinte sendo disposto na estrutura de contenção: um núcleo de reator que inclui um conjunto de combustível, o conjunto de combustível incluindo uma pluralidade de elementos de combustível; uma zona refletora que cerca o núcleo do reator; caracterizadopor compreender: material de moderação de nêutrons, em que pelo menos parte do material de moderação de nêutrons é um fluido e o material de moderação de nêutrons fluido é disposto tanto núcleo do reator quanto na zona refletora; e uma pluralidade de caixas adjacentes dispostas adjacentes aos elementos de combustível, cada caixa adjacente possuindo uma cavidade e em que uma parte inferior de cada caixa adjacente é aberta para movimento do material de moderação de nêutrons fluido no interior e fora da cavidade e uma parte superior de cada caixa adjacente é fechada para movimento do material de moderação de nêutrons fluido no interior ou fora da parte superior da cavidade; em que o material de moderação de nêutron fluido se move a partir de pelo menos um da pluralidade de caixas adjacentes até a zona refletora através da parte inferior de pelo menos um da pluralidade de caixas adjacentes, e o material de moderação de nêutron fluido se move a partir da zona refletora até pelo menos um da pluralidade de caixas adjacentes através da parte inferior de pelo menos um da pluralidade de caixas adjacentes.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopor pelo menos parte do material de moderação de nêutrons estar em um estado liquido e pelo menos parte do material de moderação de nêutrons estar no estado gasoso tanto na zona refletora quanto em pelo menos algumas das cavidades.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo material de moderação de nêutrons fluido disposto nas cavidades ser água pesada (D2O).

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo material de moderação de nêutrons fluido disposto nas cavidades ser água leve (H2O).

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelos elementos de combustível serem estruturas substancialmente verticais e uma ou mais cavidades cercarem os elementos de combustível e substancialmente preencherem uma pluralidade de espaços entre os elementos de combustível.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopor incluir adicionalmente um conjunto de resfriamento que inclui um tubo que passa através de uma parte de fundo de pelo menos uma caixa adjacente, o tubo incluindo uma ou mais aberturas configuradas para permitir material de moderação de nêutrons fluido relativamente mais frio para fluir dentro da cavidade da pelo menos uma caixa adjacente para misturar com o material de moderação de nêutrons fluido já disposto na cavidade.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopor, quando há uma pluralidade de caixas adjacentes empilhadas verticalmente ao redor de cada elemento de combustível, o tubo passar através de uma parte de topo de pelo menos uma caixa adjacente que não é a mais alta dos caixas adjacentes empilhadas verticalmente, o tubo sendo selado em uma parte superior da pelo menos uma caixa adjacente e bloquear o movimento do material de moderação de nêutrons gasoso da parte superior da pelo menos uma caixa adj acente.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopela pluralidade de caixas adjacentes ser empilhada substancialmente verticalmente e cercar parte ou todos de pelo menos um elemento de combustível substancialmente vertical.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo tubo passar através de mais de uma das caixas adjacentes da pilha substancialmente vertical, uma parte de extremidade superior do tubo sendo disposta abaixo de uma parte de topo da caixa adjacente mais alta.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo material de moderação de nêutrons fluido que se move a partir de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes até a zona refletora através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes ser um liquido, e pelo material de moderação de nêutrons fluido que se move a partir da zona refletora até pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes através da parte inferior de pelo menos uma da pluralidade de caixas adjacentes ser um líquido.