CN102067241A - 热管裂变燃料元件 - Google Patents

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查尔斯·E·阿尔费尔德
约翰·罗杰斯·吉尔兰
罗德里克·A·海德
穆里尔·Y·伊什克瓦
大卫·G·麦卡利斯
内森·P·米佛德
托马斯·A·韦弗
查尔斯·惠特默
小洛厄尔·L·伍德
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Abstract

说明性的实施方式提供核裂变燃料元件以及与其相关的系统、应用、装置和方法。说明性的实施方式和方面包括但不限于核裂变燃料元件、热管组件、热管、制造核裂变燃料元件的方法、制造热管组件的方法，等等。

Description

热管裂变燃料元件
发明人：查尔斯E.阿尔费尔德
约翰罗杰斯吉尔兰
罗德里克A.海德
穆里尔Y.伊什克瓦
大卫G.麦卡利斯
内森P.米佛德
托马斯A.韦弗
查尔斯惠特默
小洛厄尔L.伍德
背景
本发明涉及核裂变燃料元件，以及与其相关的系统、应用、装置和方法。
概述
说明性的实施方式提供核裂变燃料元件以及与其相关的系统、应用、装置和方法。说明性的实施方式和方面包括但不限于核裂变燃料元件、热管组件、热管、制造核裂变燃料元件的方法、制造热管组件的方法，等等。
前述的概述仅是说明性的，且不意味着作为任何方式的限制。除了以上所描述的说明性的方面、实施方式和特征，通过参考附图和以下的详细描述，进一步的方面、实施方式和特征也将变得明显。
附图的简要描述
图1A是说明性的核裂变燃料元件的图解形式的透视图。
图1B是图1A的核裂变燃料元件的细节的图解形式的透视图。
图2A是说明性的核裂变燃料元件的图解形式的剖边平面图。
图2B是另一个说明性的核裂变燃料元件的图解形式的剖边平面图。
图2C是另一个说明性的核裂变燃料元件的图解形式的剖边平面图。
图2D是另一个说明性的核裂变燃料元件的图解形式的剖边平面图。
图3A是图2A-2D的说明性的和裂变燃料的实施方式的一部分的图解形式的剖端平面图。
图3B示出了图3A中所示出的部分的细节。
图4A是说明性的热管的图解形式的剖边平面图。
图4B是另一个说明性热管的图解形式的剖边平面图。
图4C是另一个说明性热管的图解形式的剖边平面图。
图4D是另一个说明性热管的图解形式的剖边平面图。
图5A是图4A-4D的说明性热管的实施方式的一部分的图解形式的剖端平面图。
图5B示出了图5A中所示出的部分的细节。
图5C是图4A-4D的说明性热管的其他的实施方式的一部分的图解形式的剖端平面图。
图6是图4A-4D的说明性热管的其他的实施方式的一部分的图解形式的剖边平面图。
图7A是制造核裂变燃料元件的说明性方法的流程图。
图7B-7I是图7A的流程图的部分的细节的流程图。
图8A是制造热管组件的说明性方法的流程图。
图8B-8H是图8A的流程图的部分的细节的流程图。
详细描述
在以下的详细描述中，将形成说明书一部分的附图作为参考。在图中，相似的符号一般标识相似的部件，除非上下文中另有其他的规定。详细描述中的说明性实施方式、图和权利要求不意味着是限制性的。可使用其他的实施方式，且可作出其他的改变，而不偏离此处所呈现的主题的精神或范围。
通过概述的方式，说明性的实施方式提供核裂变燃料元件以及与其相关的系统、应用、装置和方法。说明性的实施方式和方面包括但不限于核裂变燃料元件、热管组件、热管、制造核裂变燃料元件的方法、制造热管组件的方法，等等。
又通过概述的方式以及通过非限制性例子方式所给出的，一些实施方式可被提供作为包括有至少一个热管布置在其中的核裂变燃料元件，而一些其他的实施方式可被提供作为有核裂变燃料材料布置在其中的热管。
又通过概述的方式以及参考图1A，说明性的核裂变燃料元件10将通过说明而非限制的方式被讨论。说明性的核裂变燃料元件10适当地包括核裂变燃料材料12。热管16的至少一部分14(在剖视图中示出)布置在核裂变燃料材料12中。
没有关于核裂变燃料材料12的任何限制的意图。为此，核裂变燃料材料12适当地可以是特定的应用所期望的任何类型的核裂变燃料材料。这样，核裂变燃料材料12按需要可以是金属、化合物、合金或其任何组合。核裂变燃料材料12可用于具有任何中子能谱的任何类型的任何核裂变反应堆。例如，在一些实施方式中，核裂变燃料材料12可用于具有热中子谱的核裂变反应堆。在一些其他实施方式中，核裂变燃料材料12可用于具有快速中子能谱的核裂变反应堆。
另外，在一些实施方式中，核裂变燃料材料12可用于增殖反应堆，例如但不限于快速增殖反应堆，像核裂变爆燃波快速增殖反应堆。核裂变爆燃波快速增殖反应堆在2006年11月28日递交的发明人署名为RODERICK A.HYDE，MURIEL Y.ISHIKAWA，NATHAN P.MYHRVOLD，以及LOWELL L.WOOD，JR的名称为“AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTOR FOR LONG-TERM OPERATION”的第11/605,943号美国专利申请中被讨论，其是当前共同待决案，或者是享有递交日期的益处的当前共同待决申请的申请，其全部内容通过引用并入本文。所以，在一些实施方式中，核裂变燃料材料12可包括可裂变材料和/或增殖性材料。在这样的情况下，可裂变材料可包括233U、235U和/或239Pu中的任何一种或多种，且增殖性材料可包括232Th和/或238U中的任何一种或多种。
另外，没有关于核裂变燃料元件10的结构的任何限制的意图。本文的附图中示出的结构设置仅用于说明性的目的。不意图施加对核裂变燃料元件10的任何特定的结构设置的限制，且因此，不应作出任何推断。
另外参考图1B，在一些实施方式中，腔18可在核裂变燃料材料12中被限定。在一些实施方式中，腔18可以是被限定为通过核裂变燃料材料12的至少部分14的通道。因此，在一些实施方式中，腔18的表面20可以是热管16(图1A)的部分14(图1A)的壁。腔18可以任何适当的方式被限定。例如，在一些实施方式中，腔18可通过以期望的任何方式例如通过钻、磨、冲压等方式通过机器从核裂变燃料材料12加工腔来限定。在一些其他的实施方式中，腔18可通过围绕例如但不限于芯模的型体形成核裂变燃料材料12的至少一部分22来限定。这个形成可以任何期望的方式例如但不限于焊接、铸造、电镀、压、模制或类似方式来执行。
现参考图2A-2D，热管16的壁24自核裂变燃料材料12中的腔18延伸，从而实质上作为表面20的延伸而起作用。这样，腔18可被认为实质上是密封的。壁24可按需要由任何适当的材料制成以用于高温操作和/或，如果需要，用于中子通量环境。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，壁24可由任何一种或多种材料例如钢、铌、钒、钛、难熔金属和/或难熔合金制成。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，难熔金属可以是铌、钽、钨、铪、铼或钼。难熔合金的非限制性的例子包括，如第6902809号美国专利中公开的铼钽合金、钽合金T-111、钼合金TZM、钨合金MT-185或铌合金Nb-1Zr。
热管16的毛细结构26被限定在腔18的至少一部分中。即，表面20是围绕毛细结构26的一部分的壁。在一些实施方式中，毛细结构26还可被限定在位于核裂变燃料材料12的外部并由壁24包围的热管16的内部。在一些实施方式中，毛细结构可以是毛细芯(wick)。毛细芯可按需要由任何适当的材料例如钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和难熔金属制成。
在一些其他的实施方式中，并简要参考图3A和图3B，毛细结构26可被提供作为轴向槽28。槽28被槽脊30隔开。在一些实施方式中，在槽28中还限定了另外的槽32。槽32可由两个槽脊34或由槽30中的一个和槽34中的一个彼此分隔开。槽28和32可按需要由任何适当的方法被限定，例如但不限于机器加工、蚀刻、铸造、冲压等。
返回参考图2A-2D以及图3B，工作流体36(图3B)被提供在热管16中。工作流体36适当地为可蒸发的且为可冷凝的。假定以非限制性的例子的方式，工作流体36可按需要包括任何适当的工作流体，例如但不限于7锂、钠、钾等。
参考图2A-2D，热管16包括蒸发器部分38和冷凝器部分40。在一些实施方式中，且如图2A和2C中所示出，蒸发器部分38可完全地或实质上布置在核裂变燃料材料12中。但是，应认识到蒸发器部分38不需要完全地或实质上布置在核裂变燃料材料12中。为此，在一些其他的实施方式中且如图2B和图2D中所示出，蒸发器部分38的至少一部分不在核裂变燃料材料12中。如图2A-2D中所示出，在一些实施方式中，冷凝器部分40可完全布置在核裂变燃料材料12之外。但是，在一些其他的实施方式(未示出)，冷凝器部分40的一部分可布置在核裂变燃料材料12内，且冷凝器部分40的至少一部分不在核裂变燃料材料12内。
在一些实施方式中，且现参考图2C和图2D，热管16还可包括绝热部分42。如图2C和图2D中所示出，在一些实施方式中，绝热部分42可完全布置在核裂变燃料材料12之外。但是，在一些其他的实施方式(未示出)中，绝热部分42的一部分可布置在核裂变燃料材料12之内，且绝热部分42的至少一部分不在核裂变燃料材料12内。
现参考图2A-2D，来自核裂变燃料材料12的热被传送到蒸发器部分40，如箭头44所标示。蒸发器部分38中的工作流体36蒸发，如箭头46所标示，从而经历从液体到气体的物相变换。气态的工作流体36从蒸发器部分38移动通过热管16，如箭头48所标示，当适用时(在一些实施方式中)通过绝热部分42(图2C和图2D)，并至冷凝器部分40。在冷凝器部分40，来自工作流体36的热被转移到热管16外，如箭头50所标示。冷凝器部分40中的工作流体36冷凝，如箭头52所标示，从而经历从气体到液体的物相变换。液态的工作流体36通过毛细结构26中的毛细管作用从冷凝器部分40返回到蒸发器部分38，如箭头54所标示。当适用时，在一些实施方式中，液态的工作流体36从冷凝器部分40返回通过绝热部分42(图2C和2D)到蒸发器部分38。
因此，返回参考图1A、1B和2A-2D，应认识到在一些实施方式中，图1A、1B和2A-2D中所示出的组件可以是包括热管16和核裂变燃料材料12的热管组件。如以上所描述，核裂变燃料材料12与热管16构成整体并被布置为与热管16热联通。即，核裂变燃料材料12限定了其中的腔18，且热管16的至少部分14布置在腔18内。
现参考图4A-4D，在一些其他的实施方式中，热管组件60包括热管设备62。热管设备62包括壁部分63。如以下所讨论，核裂变燃料材料64与热管设备62构成整体并被布置为与热管设备62热联通。核裂变燃料材料64相称地与以上所描述的核裂变燃料材料12相似(图1A、1B和2A-2D)，且细节不需要重复。
热管组件60的实施方式与核裂变燃料元件10共享一些相同的特征(图1A、1B、2A-2D、3A和3B)。相同的参考标号用于指代相同的特征，且细节无需对于认识重复。
热管设备62限定其中的腔66。壁部分63的表面65限定腔66的表面。在一些实施方式中，核裂变燃料材料64布置在腔66的至少一部分中。例如，另外参考图5A和5B，在一些实施方式中，核裂变燃料材料64可布置在毛细结构26内。
但是，应认识到核裂变燃料材料64不需要布置在毛细结构26中且可按需要布置在腔66内的任何位置。如所给出的不作为限制的另一个示例性例子且另外参考图5C，在一些实施方式中，核裂变燃料材料64可布置在将核裂变燃料材料64保持在原位的一个或多个支承结构67上的腔64中。另外的毛细结构26A被布置在核裂变燃料材料64的外部附近。至少一个支承结构67是液体传输结构，例如通道、毛细结构或类似结构，其可在布置在核裂变燃料材料64的外部附近的毛细结构26A和布置在腔66的表面附近的毛细结构26之间通过毛细管作用传输处于液态的工作流体。
热管设备62包括蒸发器部分38和冷凝器部分40。在一些实施方式中且如图4A和图4C中所示出，核裂变燃料材料64可完全地或实质上布置在蒸发器部分38中。但是，应认识到核裂变燃料材料64不需要完全地或实质上布置在蒸发器部分38中。为此，在一些其他的实施方式中且如图4B和4D所示出，核裂变燃料材料64的至少一部分不在蒸发器部分38中。
在一些实施方式中，假定以非限制性的例子的方式，核裂变燃料材料64可具有毛细结构。如果期望，在一些其他的实施方式中，核裂变燃料材料64可具有粉末烧结燃料微结构、或泡沫微结构、或高密度微结构、或类似结构。
热管设备62包括毛细结构26。在一些实施方式中，毛细结构26可包括被限定在表面65内的如以上所描述在槽脊30之间的槽28。在一些其他的实施方式中，毛细结构26可包括被限定在表面65内的如以上所描述在槽脊30和34之间的槽32。在一些其他的实施方式中，毛细结构可包括如以上所描述的毛细芯。
热管组件60还包括如以上所描述的工作流体36。而且，在一些实施方式中，热管设备62可包括绝热部分42(图4C和图4D)。
现参考图4A-4D，来自核裂变燃料材料64的热被转移到蒸发器部分40。蒸发器部分38内的工作流体36蒸发，如箭头46所标示，从而经历从液体到气体的物相变换。气态的工作流体36通过热管设备62，如箭头48所标示，从蒸发器部分38移动，当适用时(在一些实施方式中)，通过绝热部分42(图4C和图4D)并至冷凝器部分40。在冷凝器部分40，来自工作流体36的热被转移到热管设备62外，如箭头50所标示。冷凝器部分40中的工作流体36冷凝，如箭头52所标示，从而经历从气体到液体的物相变换。液态的工作流体36从冷凝器部分40通过毛细结构26中的毛细管作用返回到蒸发器部分38，如箭头54所标示。当适用时，在一些实施方式中，液态的工作流体36从冷凝器部分40通过绝热部分42(图4C和图4D)返回到蒸发器部分38。
另外参考图6，在一些其他的实施方式中，热管设备62A具有包括至少一层结构材料68和至少一层核裂变燃料材料64A的壁部分63A。这样，核裂变燃料材料64A可布置在腔66的外部。为了简洁和清楚起见，只有一层核裂变燃料材料64A和结构材料68被示出。但是，应认识到，在一些实施方式中，任何数目层的核裂变燃料材料64A和结构材料68都可按需要被提供。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，结构材料68可包括任意一种或多种材料例如钢、铌、钒、钛、难熔金属和/或难熔合金。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，难熔金属可以是铌、钽、钨、铪、铼或钼。难容合金的非限制性的例子包括，如第6902809号美国专利中公开的铼钽合金、钽合金T-111、钼合金TZM、钨合金MT-185或铌合金Nb-1Zr。
在一些实施方式中，一层核裂变燃料材料64A可完全地或实质上布置在蒸发器部分38内。但是，在其他的实施方式(未示出)中，一层或多层核裂变燃料材料64A可布置在绝热部分(如果被提供的话)和/或冷凝器部分的至少一部分中。
既然核裂变燃料材料原件和热管的说明性的实施方式已被讨论，那么与其相关联的说明性的方法现将被讨论。
以下是描绘了过程的实现方式的一列流程图。为了易于理解，流程图被组织为使得初始的流程图通过总体的“大图”观点呈现实现方式，且在下文中，以下的流程图呈现可选的实现方式和/或“大图”流程图的扩展，作为在一个或多个较早呈现的流程图上建立的子步骤或附加步骤。本领域技术人员将认识到此处所使用的呈现的方式(例如，以呈现总体视图的流程图的呈现开始，且在其后在随后的流程图中提供附加的和/或进一步的细节)一般考虑到对各种过程实现方式的快速和容易的理解。另外，本领域技术人员将进一步认识到本文所使用的呈现的方式还适合于模块化设计范式。
现参考图7A，说明性的方法80被提供用于制造核裂变燃料元件。方法80开始于框82。在框84，核裂变燃料材料被提供。在框86，至少一个热管的至少一部分布置在核裂变燃料材料中。方法80在框88停止。
现参考图7B，在一些实施方式中，在框86，将至少一个热管的至少一部分布置在核裂变燃料材料中可包括进一步的过程。例如，在框90，可在核裂变燃料材料的至少一部分内限定腔。而且，在框92，毛细结构可被布置在腔的至少一部分内。另外，在框94，工作流体可被布置在腔内。
现参考图7C，在一些实施方式中，在框90，在核裂变燃料材料的至少一部分中限定腔可包括在框96机器加工腔。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，在框96机器加工腔可通过机器操作例如钻、磨、冲压或类似操作来执行。
现参考图7D，在一些其他的实施方式中，在框90，在核裂变燃料材料的至少一部分内限定腔可包括在框98围绕例如但不限于芯模的型体形成核裂变燃料材料的至少一部分来。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，这个形成可以任何期望的方式例如但不限于焊接、铸造、电镀、压、模制或类似方式来执行。
现参考图7E，在一些实施方式中，在框92将毛细结构布置在腔的至少一部分中可包括在框100在腔的表面内限定多个槽。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，在框100限定腔的表面内的多个槽可通过操作例如机器加工、蚀刻、铸造、冲压或类似操作来执行。
现参考图7F，在一些其他的实施方式中，在框92将毛细结构布置在腔的至少一部分中可包括在框102将毛细芯布置在腔的至少一部分中。
现参考图7G，在一些实施方式中，在框86在至少一个热管的至少一部分被布置在核裂变燃料材料内之前，在框104，腔的尺寸可基于适应核裂变燃料元件的预先确定的功率产生属性来确定。在一个例子中，腔的横截面积可通过由核裂变燃料元件的预先确定的功率产生值除以工作流体的指定的轴向热通量值来选择。
现参考图7H，在一些其他的实施方式中，在框86在将至少一个热管的至少一部分布置在核裂变燃料材料内之前，在框106，腔的尺寸可基于适应工作流体的预先确定的热转移属性来确定。在一个例子中，腔的横截面积可被选择为使得实现从热管工作流体的期望的轴向热传输能力。在一些实施方式中，这个选择适当地可考虑工作流体的操作蒸汽密度、其蒸发的潜热以及期望的流速或马赫数。在另一个例子中，可选择腔的横向尺寸，以便提供蒸汽流的期望的雷诺准数。
现参考图7I，在一些其他的实施方式中，在框86在至少一个热管的至少一部分布置在核裂变燃料材料内之前，在框108，腔的尺寸可基于适应挥发性裂变产物来确定。在一个例子中，腔容量可基于由在容量内的指定量的气体裂变产物产生的压力来选择。在另一个例子中，腔容量可基于对于热管的热转移属性的容量内的指定量的气体裂变产物的惯性的效应来选择。
现参考图8A，说明性的方法110被提供用于制造热管组件。方法110开始于框112。在框114，热管设备被提供。在框116，核裂变燃料材料被布置为与热管设备一起构成整体，并与热管设备热联通。方法110在框118停止。
现参考图8B，在一些实施方式中，在框114提供热管设备可包括进一步的过程。例如，在框120，可提供具有壁部分的热管体。在框122，腔可在壁部分的至少一部分内被限定。而且，在框124，毛细结构可布置在腔的至少一部分内。进一步地，在框126，工作流体可布置在腔内。
现参考图8C，在一些实施方式中，在框116将核裂变燃料材料布置为与热管设备热联通可包括在框128中将核裂变燃料材料布置在壁部分的至少一部分内。现参考图8D，在一些其他的实施方式中，在框116将核裂变燃料材料布置为与热管设备热联通可包括在框130中将核裂变燃料材料布置在腔的至少一部分中。
现参考图8E，在一些实施方式中，在框122在壁部分内限定腔可包括机器加工腔。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，在框122机器加工腔可通过机器加工操作例如钻、磨、冲压或类似操作来执行。
现参考图8F，在一些其他的实施方式中，在框122在壁部分的至少一部分内限定腔可包括在框134围绕例如但不限于芯模的型体形成壁部分的至少一部分。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，这个形成可通过操作例如焊接、铸造、电镀、压、模制或类似方式来执行。
现参考图8G，在一些实施方式中，在框124将毛细结构布置在腔的至少一部分中可包括在框136在腔的表面内限定多个槽。假定以非限制性的例子的方式，在一些实施方式中，在框136在腔的表面内限定多个槽可通过操作例如机器加工、蚀刻、铸造、冲压或类似方式来执行。
现参考图8H，在一些其他的实施方式中，在框124将毛细结构布置在腔的至少一部分内可包括在框138将毛细芯布置在腔的至少一部分内。
本领域技术人员将认识到本文所描述的组成部分(例如，框)、设备和对象和其伴随的讨论被用作为了概念清楚的目的而使用的例子，且各种设置修改都在本领域技术的范围内。因此，如本文所使用，所阐明的具体的范例和其伴随的讨论都意为其更加一般的类的代表。一般地，本文的任何具体范例的使用还意为其类的代表，且本文中这样的具体的组成部分(例如，框)、设备和对象所不包括的内容不应被作为表示期望有这个限制。
关于本文中实质上任何的复数和/或单数的术语的使用，本领域技术人员可与上下文和/或应用相适应地从复数转换为单数且/或从单数转换为复数。为了清楚的目的，各种单数/复数置换在本文中不作特别阐述。
虽然本文中所描述的当前的主题的具体方面被示出并被描述，但基于本文的教导，对于本领域技术人员来说明显的是，可作出改变和修改而不偏离本文所描述的主题和其较宽的方面，且因此，所附的权利要求在其范围内包括所有这样的改变和修改，且在本文所描述的主题的真实精神和范围内。另外，应理解本发明由所附的权利要求限定。本领域中技术人员应理解，一般地，本文所使用的术语，且尤其是在所附的权利要求(例如，所附的权利要求的主体)中所使用的术语，一般意指“开放”的术语(例如，术语“包括(including)”应被理解为“包括但不限于”，术语“具有”应被理解为“至少具有”，术语“包括(includes)”应被理解为“包括但不限于”，等)。本领域技术人员还应理解如果所引用的权利要求叙述的具体编号被引用，那么这一意义将在该权利要求中被明确引用，且在缺乏这样的叙述出现时，这个意义就不被呈现。例如，作为对理解的帮助，以下所附的权利要求可包含引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用，以引入权利要求叙述。但是，这样的短语的使用不应被理解为意味着由不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入的权利要求叙述将包含这样的被引入的权利要求叙述的任何具体权利要求限制于仅包含一个这样的叙述的发明，即使当相同的权利要求包括引导性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词例如“一(a)”或“一(an)”(例如，“一(a)”和/或“一(an)”应一般被理解为意思是“至少一个”或“一个或多个”)时也是如此；对于用于引入权利要求叙述的定冠词的使用同样适用。另外，即使被引入的权利要求叙述的具体数字被明确引用，本领域技术人员将认识到这样的引用应一般被理解为意思是至少所引用的数字(例如，“两个叙述”的没有其他修饰语的纯叙述，一般意思是指至少两个叙述，或者是指两个或多个叙述)。另外，在使用与“A、B和C等中的至少一个”相似的惯例的那些情况下，一般地，这样的结构在意义上意图是本领域中技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”可能包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、以及/或A、B和C一起等的系统。)。在使用与“A、B和C等中的至少一个”相似的惯例的那些情况下，一般地，这样的结构在意义上意图是本领域中技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”可能包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起，以及/或A、B和C一起等的系统。)。本领域技术人员还应理解，实际上表示两个或多个可选术语的任何转折性词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求或附图中，都应被理解为考虑了包括一个术语、术语中的任一个、或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
关于所附的权利要求，本领域技术人员将认识到其中所引用的操作可一般以任何顺序被执行。这样的可选的顺序可包括重叠、交错、中断、重排序、增加、预备、补充、同时、倒转，或其他的变化了的顺序，除非上下文中另有其他规定。关于上下文，即使术语如“响应于”、“关于”或其他的过去时形容词一般也不意为包括这样的变化，除非上下文中另有其他规定。
虽然本文中公开了各个方面和实施方式，其他的方面和实施方式对于本领域技术人员来说是明显的。本文所公开的各个方面和实施方式是为了说明的目的且不意为是限制性的，真实的范围和精神由以下的权利要求来指示。

Claims (115)

1.一种核裂变燃料元件，包括：
核裂变燃料材料；以及
至少一个热管，该至少一个热管的至少一部分布置在所述核裂变燃料材料中。
2.如权利要求1所述的核裂变燃料元件，其中所述核裂变燃料材料包括从可裂变材料和增殖性材料中选择的至少一种材料。
3.如权利要求2所述的核裂变燃料元件，其中所述可裂变材料包括从233U、235U和239Pu中选择的至少一种可裂变材料。
4.如权利要求2所述的核裂变燃料元件，其中所述增殖性材料包括从232Th和238U中选择的至少一种增殖性材料。
5.如权利要求1所述的核裂变燃料元件，其中：
所述核裂变燃料材料在其中限定腔；以及
所述热管包括在所述腔的至少一部分中限定的毛细结构。
6.如权利要求5所述的核裂变燃料元件，其中所述腔包括被限定通过所述核裂变燃料材料的至少一部分的通道。
7.如权利要求6所述的核裂变燃料元件，其中所述通道包括实质上围绕所述毛细结构的一部分的壁。
8.如权利要求5所述的核裂变燃料元件，其中所述腔是实质上密封的。
9.如权利要求5所述的核裂变燃料元件，其中所述腔的表面在其中限定多个槽，所述多个槽限定所述毛细结构。
10.如权利要求5所述的核裂变燃料元件，其中所述毛细结构包括毛细芯。
11.如权利要求10所述的核裂变燃料元件，其中所述毛细芯由从钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和难熔金属中选择的材料制成。
12.如权利要求5所述的核裂变燃料元件，还包括布置在所述腔内的工作流体。
13.如权利要求12所述的核裂变燃料元件，其中所述工作流体是可蒸发的且是可冷凝的。
14.如权利要求13所述的核裂变燃料元件，其中所述工作流体包括从7锂、钠、钾中选择的流体。
15.如权利要求1所述的核裂变燃料元件，其中所述热管包括蒸发器部分和冷凝器部分。
16.如权利要求15所述的核裂变燃料元件，其中所述热管还包括绝热部分。
17.如权利要求15所述的核裂变燃料元件，其中所述冷凝器部分的至少一部分不在所述核裂变燃料材料内。
18.如权利要求15所述的核裂变燃料元件，其中所述蒸发器部分的至少一部分不在所述核裂变燃料材料内。
19.如权利要求16所述的核裂变燃料元件，其中所述绝热部分的至少一部分不在所述核裂变燃料材料内。
20.一种热管组件，包括：
热管设备；以及
核裂变燃料材料，该核裂变燃料材料与所述热管设备构成整体并被布置为与所述热管设备热联通。
21.如权利要求20所述的热管组件，其中：
所述核裂变燃料材料在其中限定腔；以及
所述热管设备的至少一部分布置在所述腔内。
22.如权利要求21所述的热管组件，其中所述腔包括被限定通过所述核裂变燃料材料的至少一部分的通道。
23.如权利要求22所述的热管组件，其中所述通道包括实质上围绕所述毛细结构的一部分的壁。
24.如权利要求21所述的热管组件，其中所述腔是实质上密封的。
25.如权利要求20所述的热管组件，其中：
所述热管设备在其中限定腔；以及
所述核裂变燃料材料布置在所述腔的至少一部分内。
26.如权利要求25所述的热管组件，其中所述核裂变燃料材料包括从粉末烧结燃料微结构、泡沫微结构和高密度微结构中选择的微结构。
27.如权利要求25所述的热管组件，其中所述核裂变燃料材料包括毛细结构。
28.如权利要求20所述的热管组件，其中所述热管设备包括毛细结构。
29.如权利要求28所述的热管组件，多个槽限定所述毛细结构。
30.如权利要求28所述的热管组件，其中所述毛细结构包括毛细芯。
31.如权利要求30所述的热管组件，其中所述毛细芯由从钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和难熔金属中选择的材料制成。
32.如权利要求28所述的热管组件，还包括布置在所述热管设备内的工作流体。
33.如权利要求32所述的热管组件，其中所述工作流体是可蒸发的且是可冷凝的。
34.如权利要求33所述的热管组件，其中所述工作流体包括从7锂、钠、钾中选择的流体。
35.如权利要求20所述的热管组件，其中所述热管设备包括蒸发器部分和冷凝器部分。
36.如权利要求35所述的热管组件，其中所述热管设备还包括绝热部分。
37.如权利要求20所述的热管组件，其中所述核裂变燃料材料包括从可裂变材料和增殖性材料中选择的至少一种材料。
38.如权利要求37所述的热管组件，其中所述可裂变材料包括从233U、235U和239Pu中选择的至少一种可裂变材料。
39.如权利要求37所述的热管组件，其中所述增殖性材料包括从232Th和238U中选择的至少一种增殖性材料。
40.一种核裂变燃料元件，包括：
在其中限定腔的核裂变燃料材料；
布置在所述腔的至少一部分内的毛细结构；以及
布置在所述腔内的工作流体。
41.如权利要求40所述的核裂变燃料元件，其中所述腔包括被限定通过所述核裂变燃料材料的至少一部分的通道。
42.如权利要求41所述的核裂变燃料元件，其中所述通道包括实质上围绕所述毛细结构的一部分的壁。
43.如权利要求40所述的核裂变燃料元件，其中所述腔是实质上密封的。
44.如权利要求40所述的核裂变燃料元件，其中所述核裂变燃料材料包括从可裂变材料和增殖性材料中选择的至少一种材料。
45.如权利要求44所述的核裂变燃料元件，其中所述可裂变材料包括从233U、235U和239Pu中选择的至少一种可裂变材料。
46.如权利要求44所述的核裂变燃料元件，其中所述增殖性材料包括从232Th和238U中选择的至少一种增殖性材料。
47.如权利要求40所述的核裂变燃料元件，其中所述腔的壁表面限定热管的壁表面。
48.如权利要求47所述的核裂变燃料元件，其中所述壁表面在其中限定多个槽，所述多个槽限定所述毛细结构。
49.如权利要求40所述的核裂变燃料元件，其中所述毛细结构包括毛细芯。
50.如权利要求49所述的核裂变燃料元件，其中所述毛细芯由从钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和难熔金属中选择的材料制成。
51.如权利要求40所述的核裂变燃料元件，其中所述工作流体是可蒸发的且是可冷凝的。
52.如权利要求51所述的核裂变燃料元件，其中所述工作流体包括从7锂、钠、钾中选择的流体。
53.如权利要求47所述的核裂变燃料元件，其中所述热管包括蒸发器部分和冷凝器部分。
54.如权利要求53所述的核裂变燃料元件，其中所述热管还包括绝热部分。
55.如权利要求53所述的核裂变燃料元件，其中所述冷凝器部分的至少一部分不在所述核裂变燃料材料内。
56.如权利要求53所述的核裂变燃料元件，其中所述蒸发器部分的至少一部分不在所述核裂变燃料材料内。
57.如权利要求54所述的核裂变燃料元件，其中所述绝热部分的至少一部分不在所述核裂变燃料材料内。
58.一种热管，包括：
在其中限定腔的壁部分，所述壁部分包括包含核裂变燃料材料的至少一部分；
布置在所述腔的至少一部分内的毛细结构；以及
布置在所述腔内的工作流体。
59.如权利要求58所述的热管，其中所述热管包括蒸发器部分和冷凝器部分。
60.如权利要求59所述的热管，其中所述热管还包括绝热部分。
61.如权利要求59所述的热管，其中限定所述冷凝器部分的至少一部分的所述壁部分的一部分不包括核裂变燃料材料。
62.如权利要求59所述的热管，其中限定所述蒸发器部分的至少一部分的所述壁部分的一部分包括核裂变燃料材料。
63.如权利要求60所述的热管，其中限定所述绝热部分的至少一部分的所述壁部分的一部分不包括核裂变燃料材料。
64.如权利要求58所述的热管，其中所述壁部分包括包含结构材料的至少一个层和包含核裂变燃料材料的至少一个另外的层。
65.如权利要求64所述的热管，其中所述结构材料包括从钢、铌、钒、钛、难熔金属和难熔合金中选择的材料。
66.如权利要求58所述的热管，其中所述核裂变燃料材料包括从可裂变材料和增殖性材料中选择的至少一种材料。
67.如权利要求66所述的热管，其中所述可裂变材料包括从233U、235U和239Pu中选择的至少一种可裂变材料。
68.如权利要求66所述的热管，其中所述增殖性材料包括从232Th和238U中选择的至少一种增殖性材料。
69.如权利要求58所述的热管，其中所述腔的表面在其中限定多个槽，所述多个槽限定所述毛细结构。
70.如权利要求58所述的热管，其中所述毛细结构包括毛细芯。
71.如权利要求70所述的热管，其中所述毛细芯由从钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和难熔金属中选择的材料制成。
72.如权利要求58所述的热管，其中所述工作流体是可蒸发的且是可冷凝的。
73.如权利要求72所述的热管，其中所述工作流体包括从7锂、钠、钾中选择的流体。
74.一种热管，包括：
在其中限定腔的壁部分；
布置在所述腔的至少一部分内的毛细结构；以及
布置在所述腔内的工作流体；以及
布置在所述腔的至少一部分内的核裂变燃料材料。
75.如权利要求74所述的热管，其中所述热管包括蒸发器部分和冷凝器部分。
76.如权利要求75所述的热管，其中所述热管还包括绝热部分。
77.如权利要求75所述的热管，其中限定所述冷凝器部分的至少一部分的所述腔的一部分不包括核裂变燃料材料。
78.如权利要求75所述的热管，其中限定所述蒸发器部分的至少一部分的所述腔的一部分包括核裂变燃料材料。
79.如权利要求76所述的热管，其中限定所述绝热部分的至少一部分的所述腔的一部分不包括核裂变燃料材料。
80.如权利要求74所述的热管，其中所述核裂变燃料材料包括从粉末烧结燃料微结构、泡沫微结构和高密度微结构中选择的微结构。
81.如权利要求74所述的热管，其中所述核裂变燃料材料包括毛细结构。
82.如权利要求74所述的热管，其中所述核裂变燃料材料包括从可裂变材料和增殖性材料中选择的至少一种材料。
83.如权利要求82所述的热管，其中所述可裂变材料包括从233U、235U和239Pu中选择的至少一种可裂变材料。
84.如权利要求82所述的热管，其中所述增殖性材料包括从232Th和238U中选择的至少一种增殖性材料。
85.如权利要求74所述的热管，其中所述腔的表面在其中限定多个槽，所述多个槽限定所述毛细结构。
86.如权利要求74所述的热管，其中所述毛细结构包括毛细芯。
87.如权利要求86所述的热管，其中所述毛细芯由从钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和难熔金属中选择的材料制成。
88.如权利要求74所述的热管，其中所述工作流体是可蒸发的且是可冷凝的。
89.如权利要求88所述的热管，其中所述工作流体包括从7锂、钠、钾中选择的流体。
90.一种制造核裂变燃料元件的方法，所述方法包括：
提供核裂变燃料材料；以及
将至少一个热管的至少一部分布置在所述核裂变燃料材料内。
91.如权利要求90所述的方法，其中将至少一个热管的至少一部分布置在所述核裂变燃料材料内包括：
在所述核裂变燃料材料的至少一部分内限定腔；
在所述腔的至少一部分内布置毛细结构；以及
在所述腔内布置工作流体。
92.如权利要求91所述的方法，其中在所述核裂变燃料材料的至少一部分内限定腔包括限定通过所述核裂变燃料材料的至少一部分的通道。
93.如权利要求91所述的方法，其中在所述核裂变燃料材料的至少一部分内限定腔包括机器加工所述腔。
94.如权利要求93所述的方法，其中机器加工包括执行从钻、磨和冲压中选择的机器加工操作。
95.如权利要求91所述的方法，其中在所述核裂变燃料材料的至少一部分内限定腔包括围绕型体形成所述核裂变燃料材料的至少一部分。
96.如权利要求95所述的方法，其中所述型体包括芯模。
97.如权利要求95所述的方法，其中形成包括从焊接、铸造、电镀、压制和模制中选择的操作。
98.如权利要求91所述的方法，其中在所述腔的至少一部分内布置毛细结构包括在所述腔的表面内限定多个槽。
99.如权利要求98所述的方法，其中限定包括执行从机器加工、蚀刻、铸造和冲压中选择的操作。
100.如权利要求91所述的方法，其中在所述腔的至少一部分内布置毛细结构包括在所述腔的至少一部分内布置毛细芯。
101.如权利要求91所述的方法，还包括基于适应所述核裂变燃料元件的预先确定的功率产生属性来确定所述腔的尺寸。
102.如权利要求91所述的方法，还包括基于适应所述工作流体的预先确定的热转移属性来确定所述腔的尺寸。
103.如权利要求91所述的方法，还包括基于适应挥发性裂变产物来确定所述腔的尺寸。
104.一种制造热管组件的方法，所述方法包括：
提供热管设备；以及
将核裂变燃料材料布置为与所述热管设备一起构成整体且与所述热管设备热联通。
105.如权利要求104所述的方法，其中提供热管设备包括：
提供具有壁部分的热管体；
在所述壁部分的至少一部分内限定腔；
在所述腔的至少一部分内布置毛细结构；以及
在所述腔内布置工作流体。
106.如权利要求105所述的方法，其中将核裂变燃料材料布置为与所述热管设备热联通包括将核裂变燃料材料布置在所述壁部分的至少一部分内。
107.如权利要求105所述的方法，其中将核裂变燃料材料布置为与所述热管设备热联通包括将核裂变燃料材料布置在所述腔的至少一部分内。
108.如权利要求105所述的方法，其中在所述壁部分内限定腔包括机器加工所述腔。
109.如权利要求108所述的方法，其中机器加工包括执行从钻、磨和冲压中选择的机器加工操作。
110.如权利要求105所述的方法，其中在所述壁部分的至少一部分内限定腔包括围绕型体形成所述壁部分的所述至少一部分。
111.如权利要求110所述的方法，其中所述型体包括芯模。
112.如权利要求111所述的方法，其中形成包括从焊接、铸造、电镀、压制和模制中选择的操作。
113.如权利要求105所述的方法，其中在所述腔的至少一部分内布置毛细结构包括在所述腔的表面中限定多个槽。
114.如权利要求113所述的方法，其中限定包括执行从机器加工、蚀刻、铸造和冲压中选择的操作。
115.如权利要求105所述的方法，其中在所述腔的至少一部分内布置毛细结构包括在所述腔的至少一部分内布置毛细芯。
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