CN102171768A - 热管核裂变爆燃波反应堆冷却 - Google Patents

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约翰·罗杰斯·吉尔兰
罗德里克·A·海德
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内森·P·米佛德
托马斯·艾伦·韦弗
查尔斯·惠特默
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Abstract

说明性实施方式提供与核裂变爆燃波反应堆冷却相关的系统、应用、装置和方法。说明性实施方式和方面包括但不限于核裂变爆燃波反应堆、传递核裂变爆燃波反应堆的热量的方法、从核裂变爆燃波反应堆传递热量的方法、在核裂变爆燃波反应堆内传递热量的方法，等等。

Description

热管核裂变爆燃波反应堆冷却
背景
本申请涉及核裂变爆燃波反应堆冷却及与其相关的系统、应用、装置和方法。
概述
说明性实施方式提供与核裂变爆燃波反应堆冷却相关的系统、应用、装置和方法。说明性实施方式和方面包括但不限于核裂变爆燃波反应堆、传递核裂变爆燃波反应堆的热量的方法、从核裂变爆燃波反应堆传递热量的方法、在核裂变爆燃波反应堆内传递热量的方法，等等。
前述的概述仅是说明性的并且没有以任何方式被规定为限制性的。除上述说明性的方面、实施方式和特征之外，另外的方面、实施方式和特征通过参考附图和下面的详细描述也将变得明显。
附图的简要说明
图1A是说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图1B是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图1C是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图1D是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图2A和2B描绘出截面与中子能的关系曲线。
图2C到图2G示出在核裂变反应堆通电运行的时间期间的相对浓度；
图3A是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图3B是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图3C是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图3D是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的示意图。
图3E是图3A到图3D的核裂变爆燃波反应堆的说明性细节的示意图。
图3F是图3A到图3D的核裂变爆燃波反应堆的另一说明性细节的示意图。
图3G是图3A到图3D的核裂变爆燃波反应堆的另一说明性细节的示意图。
图3H是图3G的细节的一部分的以局部示意形式的截面端视图。
图3I是图3A到图3D的核裂变爆燃波反应堆的另一说明性细节的示意图。
图3J是图3I的细节的一部分的以局部示意形式的截面端视图。
图4是另一说明性核裂变爆燃波反应堆的一部分的示意图。
图5A是说明性核裂变爆燃波反应堆芯组件的一部分的以局部示意形式的侧平面视图。
图5B是说明性核裂变爆燃波反应堆芯组件的一部分的以局部示意形式的侧平面视图。
图5C是图5A和5B的所述部分的以局部示意形式的端平面视图。
图6A是另一说明性核裂变爆燃波反应堆芯组件的一部分的以局部示意形式的顶平面视图。
图6B是另一说明性核裂变爆燃波反应堆芯组件的一部分的以局部示意形式的顶平面视图。
图6C是沿图6A和6B的线A-A截取的以局部示意形式的端平面视图。
图6D是图6A和6B的核裂变爆燃波反应堆芯组件的较大部分的以局部示意形式的端平面视图。
图7A和7B是说明性热管的以示意形式的剖视侧平面视图。
图8A和8B是其它说明性热管的以示意形式的剖视侧平面视图。
图9A是说明性核裂变燃料材料的以示意形式的透视图。
图9B是图9A的核裂变燃料材料的细节的以示意形式的透视图。
图10A和10B是与图9A和9B的核裂变燃料材料一起使用的说明性热管的以示意形式的剖视侧平面视图。
图11A是传递核裂变爆燃波反应堆的热量的说明性方法的流程图。
图11B到11D是图11A的方法的细节的流程图。
图12A是从核裂变爆燃波反应堆传递热量的说明性方法的流程图。
图12B和12C是图12A的方法的细节的流程图。
图13是从核裂变爆燃波反应堆传递热量的另一说明性方法的流程图。
图13B是图13A的方法的细节的流程图。
图14是在核裂变爆燃波反应堆内传递热量的说明性方法的流程图。
详述
在以下的详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另外指示。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。可以利用其它的实施方式，并且可以进行其它的变化，而不偏离本文提出的主题的精神或范围。
概述
作为概述，说明性实施方式提供与核裂变爆燃波反应堆冷却相关的系统、应用、装置和方法。说明性实施方式和方面包括但是不限于核裂变爆燃波反应堆、传递核裂变爆燃波反应堆的热量的方法、从核裂变爆燃波反应堆传递热量的方法、在核裂变爆燃波反应堆内传递热量的方法，等等。
仍作为概述并参考图1A，将作为例子而不是限制来讨论说明性核裂变爆燃波反应堆10。说明性核裂变爆燃波反应堆10适当地包括反应堆容器12。反应堆芯组件14被布置在反应堆容器12中并具有布置在其中的核裂变燃料材料。至少一个主热管16被布置成与核裂变燃料材料热相通。现将解释说明性、非限制性的实施方式。
作为正文前的图文，应当指出，对于此说明性实施例，至少一个主热管16被布置成与核裂变燃料材料热相通。因此，在一些实施方式中，一个主热管16可以被布置成与核裂变燃料材料热相通。同样，在一些其它实施方式中，一个以上的主热管16可以被布置成与核裂变燃料材料热相通。虽然附图示出被包括在核裂变爆燃波反应堆10的不同实施方式中的一个以上的主热管16，但是这样的附图仅用于说明的目的而没有被规定为是限制性的。为此，不以任何方式限制被布置成与核裂变燃料材料热相通的主热管16的数量。相反，如对特定应用所期望的，任何数量的主热管16可以被布置成与核裂变燃料材料热相通，没有限制地取决于功率产生需求、空间约束、调节限制等。
为清楚起见，在以下描述中(例如在核裂变爆燃波反应堆10的不同实施方式的讨论的上下文中)的“至少一个主热管16”将被提及为“主热管16”。尽管如此，应认识到，对“主热管16”的这种提及是为了清楚的目的，而不是用来将主热管16的数量限制为一个以上的主热管16。
在一些实施方式中，至少一个散热器18可被布置成与主热管16热相通。如所期望的，散热器18可以是蒸汽发生器、生物量反应器或从主热管16传递热量的任何其它处理设备。在作为例子而不是限制示出的本实施例中，当散热器18是蒸汽发生器时，给水进口20提供给散热器18给水22。热量从主热管16传递至给水22，且给水22从液相转换为蒸汽24。蒸汽24通过蒸汽出口26离开散热器18。
在一些实施方式中，散热器18可以是外部散热器。也就是说，散热器18可以被布置在反应堆容器12的外部。在下面所述的一些其它实施方式中，内部散热器(图1A中没有示出)可被布置在反应堆容器12的内部。
应当认识到，如对特定应用所期望的，可提供任何数量的散热器18。例如，如图1A所示，一些实施方式包括一个散热器18。现在另外参考图1B，一些实施方式可包括两个散热器18。为了简洁起见，没有另外示出有两个以上的散热器18的实施方式。尽管如此，应当认识到，并不打算限制散热器18的数量且不应推断出限制。如对特定应用所期望的，散热器18的数量不被限制，并且可使用任何数量的散热器18，没有限制地取决于功率产生需求、空间约束、调节限制等。因此，为了与上面对主热管16所讨论的相同的清楚性原因，将参考散热器18，而没有将散热器18的数量限制到一个以上的散热器18的意图。
现已经陈述了对核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式的概述。接着，将作为例子(而不是限制)给出关于核裂变爆燃波及其核子学的考虑事项和概述。然后，将给出关于核裂变爆燃波反应堆的其它实施方式和方面的额外的说明性细节。
支持核裂变爆燃波反应堆的实施方式的考虑事项
在讨论核裂变爆燃波反应堆10的细节之前，支持核裂变爆燃波反应堆10的实施方式的一些考虑事项将作为概述给出，而不是被解释为限制。核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式致力于下面讨论的许多考虑事项。另一方面，核裂变爆燃波反应堆10的一些其它实施方式可致力于这些考虑事项的一个或所选定的一些，而不需要适应下面讨论的所有考虑事项。下面讨论的部分包括摘自以下论文的信息：由Edward Teller、MurielIshikawa、Lowell Wood、Roderick Hyde和John Nuckolls提交的、在AspenGlobal Change Institute的2003年7月的研讨会上展示的题为“CompletelyAutomated Nuclear Power Reactors For Long-Term Operation：III.EnablingTechnology For Large-Scale，Low-Risk，Affordable Nuclear Electricity”，University of Califomia Lawrence Livermore National Laboratory，出版号为UCRL-JRNL-122708(2003)(该论文是为提交到2003年11月30日的Energy，The International Journal而准备的)，其内容由此通过引用被并入。
被预想用在核裂变爆燃波反应堆10的实施方式中的某些核裂变燃料通常是普遍可得到的，例如但不限于铀(天然的、贫化的或浓缩的)、钍、钚，或者甚至先前燃烧过的核裂变燃料组件。此外，可在核裂变爆燃波反应堆10的实施方式中使用较不普遍可得到的核裂变燃料，例如但不限于其它锕系元素或其同位素。虽然核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式预期以全功率在约1/3个世纪至约1/2个世纪或更久的长期运行，但是核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式的方面不预期核燃料更换(而是预期在寿命终止时就地掩埋)，而核裂变爆燃波反应堆10的实施方式的一些方面预期核燃料更换——一些核燃料更换发生在关闭期间，而一些核燃料更换发生在通电运行期间。也设想，在一些情况下可避免核裂变燃料的回收，从而减轻了转移为军事用途的可能性以及其它问题。
可影响对核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式的选择的其它考虑事项包括以安全的方式处理在运行过程中产生的长期存在的放射性。预期核裂变爆燃波反应堆10可能能够减缓由于操作者的失误、诸如冷却剂丧失事故(LOCA)的严重事故等引起的伤害。在一些方面，可以用低风险并且廉价的方式来实现停止运行。
例如，核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式可能需要位于地下，从而处理放射性到生物圈中的大的突然的释放或小的稳态的释放。核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式可能需要使操作者的控制最小化，从而尽可能实际地使那些实施方式自动化。在一些实施方式中，设想面向生命周期的设计(life-cycle-oriented design)，其中核裂变爆燃波反应堆10的那些实施方式可以从启动运行到寿命终止时的关闭。在一些面向生命周期的设计中，实施方式可以按实质上全自动化的方式运行。核裂变爆燃波反应堆10的实施方式适用于模块化的构造。最后，可根据高功率密度来设计核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式。
核裂变爆燃波反应堆10的不同实施方式的一些特征由一些上面的考虑事项产生。例如，同时符合实现以全功率运行1/3-1/2个世纪(或更久)而无核燃料更换以及避免核裂变燃料的回收的愿望可能需要使用快中子能谱。作为另一例子，在一些实施方式中，对核裂变爆燃波反应堆10例如通过对使用强的快中子吸收剂实现的局部反应的负反馈来设计负的反应性温度系数(αT)。作为又一例子，在核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式中，分布式调温器实现核裂变燃料燃烧的传播核裂变爆燃波模式。该模式同时允许非浓缩的锕系燃料如天然铀或钍的高平均烧尽，并且允许在芯的燃料供送中使用核裂变材料的适度同位素浓缩的相当小的“核裂变点火器”区域。作为另一例子，在核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式中，在主芯和次芯冷却中提供多重冗余。
说明性芯核子学的概述
现将陈述(i)反应堆芯组件14及其核子学和(ii)核裂变爆燃波的传播的概述。
作为概述给出并且概括地，反应堆芯组件14的结构部件可由钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)或碳合成物、陶瓷等制成。可选择这些材料或相似物来处理反应堆芯组件14通常运行的高温度。可选地或另外地，这样的材料选择可由这些材料在全功率运行的所预想的寿命内的蠕变阻力、机械可加工性和/或抗腐蚀性来影响。结构部件可由单一材料或材料的组合(例如，涂层、合金、多层、合成物等)制成。在一些实施方式中，反应堆芯组件14在足够低的温度下运行，以便可以单独或组合地将其它材料如铝(Al)、钢、钛(Ti)等用于结构部件。
反应堆芯组件14可适当地包括核裂变点火器和更大的核裂变爆燃燃烧波传播区域。核裂变爆燃燃烧波传播区域适当地包括钍或铀燃料，并且根据快中子能谱裂变增殖的一般定律起作用。在一些实施方式中，由调节局部中子通量并从而控制局部功率产生的温度调节模块保持整个反应堆芯组件14中的均匀的温度。
适当地，因为使用有效的核裂变燃料和最小化同位素浓缩的要求，反应堆芯组件14是增殖堆。进一步地，且现参考图2A和2B，因为热中子的裂变产物的高吸收截面通常不允许在不去除裂变产物的情况下使用多于约1％的钍或在以铀为燃料的实施方式中使用更丰富的铀同位素U238，所以反应堆芯组件14适当地使用快中子能谱。
在图2A中，在10-3-107eV的中子能范围内对以Th232为燃料的实施方式描绘了所关注的优势中子驱动核反应的截面。可以看出，在裂变产物核上的辐射俘获的损失控制在近热能(～0.1eV)处的中子经济，但在共振俘获区域(～3-300eV之间)之上是相对可忽略的。因此，当试图实现高增益可转换的到可裂变的增殖堆时以快中子能谱运行可帮助防止燃料再循环(即，周期性或连续地去除裂变产物)。所示的裂变产物的辐射俘获截面是由快中子引发的裂变产生的中间物-Z核的辐射俘获截面，该中间物-Z核经历随后的β-衰变直到可忽略的程度。在反应堆芯组件14的实施方式的燃烧波的中央部分中的那些中间物-Z核通常将经历一些衰变，并且因此将具有略高些的中子活动性。然而，参数研究显示芯燃料燃烧结果可能对一些配置在这样的衰变的精确程度上是不敏感的。
在图2B中，在图2B的上部分中，在＞104和＜106.5eV之间的中子能范围的最为关注的部分内对以Th232为燃料的实施方式绘制主要关注的优势中子驱动核反应的截面。反应堆组芯14的实施方式的中子能谱峰值在≥105eV的中子能区域中。图2B的下部分包括这些截面与在Th232上中子辐射俘获的截面的中子能的比值——可转换的到可裂变的增殖步骤(因为所得到的Th233迅速β-衰变为Pa233，然后Pa233相对缓慢地β-衰变为U233，类似于当由U238进行中子俘获时的U239-Np239-Pu239β-衰变链)。
可以看出，在所关注的中子能范围内，在裂变产物上的辐射俘获的损失是相对可忽略的，并且此外，诸如Ta的高性能结构材料的百分之几十的原子分数将在反应堆芯组件14中的中子经济上施加可容忍的负荷。这些数据也表明，超过50％的平均芯燃料烧尽是可实现的，并且通过裂变产物的积累当反应性最终被驱使为负时支持核裂变爆燃波的裂变产物与裂变原子的比值将大约为10∶1。
核裂变爆燃波烧前的产生和传播
现在将解释反应堆芯组件14内的说明性核裂变爆燃波。穿过可燃材料的爆燃燃烧波的传播可以在可预测的水平释放功率。此外，如果材料的配置具有必要的时间不变特性，那么继而发生的功率产生可在稳定的水平。最后，如果可以用实际的方式在外部调节爆燃波的传播速度，那么可以如所期望的那样控制能量释放速度并因此控制功率产生。
在没有某种控制的情况下，由于作为在波传播的最早阶段期间的能量释放的流体动力学结果的初始核裂变燃料配置的解体，持续不变的核裂变爆燃波实际上是不常见的。
然而，在反应堆芯组件14的实施方式中，核裂变爆燃波可以用亚音速的方式在可裂变燃料中开始和传播，可裂变燃料的压力实质上与其温度无关，以便其流体动力学实质上是“固定的”。可以用有助于大规模功率生成的方式例如在发电反应堆系统如核裂变爆燃波反应堆10的实施方式中控制核裂变爆燃波在反应堆芯组件14内的传播速度。
在下面解释核裂变爆燃波的核子学。通过俘获任何能量的中子来引发锕系元素的所选同位素——裂变同位素的核裂变允许在任何材料温度——包括任意低的温度下释放核结合能。可通过核裂变点火器提供由裂变锕系元素俘获的中子。
通过实质上任何锕系同位素的核裂变平均地对每一所俘获的中子释放一个以上的中子可为在这样的材料中的发散的中子介导核裂变链式反应提供机会。对通过核裂变由一些锕系同位素俘获的每个中子释放两个以上的中子(平均地，在某些中子能范围内)可允许通过最初的中子俘获首先将非裂变同位素的原子转换为裂变同位素(通过中子俘获和随后的β-衰变)、并且然后在第二次中子俘获的过程中使新生成的裂变同位素的核中子裂变。
平均地，如果来自给定核裂变事件的一个中子可以被辐射地俘获在不可裂变的但‘可转换的’原子核上，并且来自相同裂变事件的第二个中子可被俘获在裂变核上并且因而引发裂变，那么大多数真正高Z(Z≥90)的核素可以被燃烧，不可裂变的但‘可转换的’核然后将转变(例如通过β-衰变)为裂变核。特别是，如果这些布置的任意一个是稳态的，那么可以满足在给定材料中传播核裂变爆燃波的充分条件。
由于在将可转换的核转变为可裂变的核的过程中的β-衰变，波前进的特征速度大约为由中子从其裂变开始到其在可转换的核上的辐射俘获所行进的距离(即，平均自由行程)与从可转换的核到可裂变的核经历的β-衰变的(在链中持续时间最久的核的)半衰期的比值。在正常密度的锕系元素中这样的特征裂变中子传输距离约为10cm，并且对于所关注的大多数情形，β-衰变的半衰期为105-106秒。因此对于一些设计，特征波速为10-4-10-7cm/sec或约为典型的核爆震波速度的10-13-10-14。这样的相对慢的前进速度表明该波可被表征为爆燃波，而不是爆震波。
如果爆燃波试图加速，其前缘逆着更加纯的可转换的材料(其在中子的意义上是相对有损耗的)移动，远远超前于波中央的裂变核的浓度指数地变低。因此波的前缘(在本文被称为“烧前(burnfront)”)停顿或减速。相反地，如果波减速，那么由连续的β-衰变引起的裂变核的局部浓度增加，裂变和中子产生的局部速度升高，并且波的前缘，即，烧前加速。
最后，如果足够快速地从波正传播的、最初可转换的物质的配置的所有部分去除与核裂变相关的热量，那么传播可以发生在任意低的材料温度下——虽然中子和裂变核的温度可能都是约1MeV。
用于开始和传播核裂变爆燃波的这样的条件可以使用容易获得的材料来实现。尽管锕系元素的裂变同位素在地球上是稀少的，但是可以绝对地并相对于这些元素的可转换的同位素来集中、浓缩和合成裂变同位素。在开始和传播核裂变爆震波中使用自然存在的和人造的同位素分别如U235和Pu239是众所周知的。
相关的中子截面(在图2A和2B中示出)的考虑事项表明，如果波中的中子能谱是“硬的”或“快的”中子能谱，那么核裂变爆燃波可以燃烧自然存在的锕系元素如Th232或U238的芯的大部分。也就是说，如果在波中传送链式反应的中子具有与中子从初期的裂变碎片所消散的约1MeV相比不是非常小的能量，那么当裂变产物的局部质量分数变得与可转换的材料的局部质量分数相当时，可避免对于时空-局部中子经济的相对大的损失(回想，单个摩尔的裂变材料裂变转变为两摩尔的裂变产物核)。甚至具有期望的高温特性的典型的中子反应堆结构材料如Ta的中子损失在中子能≤0.1MeV时也可能变得可观。
另一考虑事项是随着中子多重裂变的入射中子能、v以及导致裂变(而不仅仅是γ射线发射)的所有中子俘获事件的小部分的(相当小的)变化。当没有来自芯的中子渗漏或在其体内的寄生吸收(如在裂变产物上)时，对于反应堆芯组件14的每种裂变同位素，方程α(v-2)的代数符号构成与总的裂变同位素质量预算相比的在可转换的材料中的核裂变爆燃波传播的可行性的条件。从约1MeV的裂变中子能低至共振俘获区域，对于关注的所有裂变同位素，代数符号通常是正的。
量α(v-2)/v是总的裂变生成的中子的分数的上限，总的裂变生成的中子的分数可能在爆燃波传播期间不再受渗漏、寄生吸收或几何发散的影响。应注意，对于中子能范围内的主要裂变同位素，该分数为0.15-0.30，其在实际关注的所有有效地未减速的锕系同位素的配置(约0.1-1.5MeV)中是普通的。与(超)热能的中子(见图2B)盛行的情形相反，其中由于裂变产物引起的寄生损失按1-1.5十进制数量级控制可转换的到可裂变的转变的损失，通过在可转换的同位素上俘获的裂变元素产生有利于在0.1-1.5MeV的中子能范围内按照0.7-1.5数量级的裂变产物俘获。前者表明，在热中子能处或附近，可转换到可裂变的转换只在1.5-5％的程度上是可行的，而后者表明，对于近裂变能中子能谱，可预期超过50％的转换。
在考虑核裂变爆燃波的传播条件时，在一些方法中，对于非常大的“自反射”锕系配置，可以实际上忽略中子渗漏。参考图2B以及对通过完全在锕系核上散射的中子减速程度的分析估计，应认识到，在地球上相对丰富的两种类型的锕系元素Th232和U238——分别为自然存在的钍和铀的排他的和主要的(即，最长寿命的)同位素成分——的足够大的配置中，可以实现爆燃波传播。
具体地，在中子能显著地降低至0.1MeV以下之前，在这些锕系同位素中传送裂变中子将可能导致在可转换的同位素核上的俘获，或导致可裂变的同位素核的裂变(并且因此变得易受俘获在裂变产物核上的不可忽略的可能性的影响)。参考图2A，应认识到，裂变产物核的浓度可显著超过可转换的产物核的浓度，并且可裂变的核浓度的数量级可比裂变产物或可转换的核中的浓度低的那个还要小，同时保持在数量上实质上可靠。相关的中子散射截面的考虑事项表明锕系元素的正圆柱配置将具有＞＞200gm/cm2的密度-半径产物，即，其将具有固体密度U238-Th232的＞＞10-20cm的半径，锕系元素的正圆柱配置足够宽大到对于它们的半径尺寸中的裂变中子是有效地无限厚的，即，自反射。
增殖和燃烧波提供足够多余的中子，以将新的裂变材料1-2平均自由行程增殖到还未燃烧过的燃料中，有效地置换波中燃烧的裂变燃料。燃烧波的高峰之后的“灰烬”实质上是‘中子地中性的(neutronically neutral)’，因为其裂变部分的中子反应性正是由结构和裂变产物藏量的寄生吸收加上渗漏来平衡的。如果当波传播时，在波中央和恰好在波中央前面的裂变原子藏量是时间不变的，那么其稳定地这么做；如果更不是时间不变的，那么波正‘衰退’，而如果更加是时间不变的，波可被称为‘加速的’。
因此，核裂变爆燃波可以在自然存在的锕系同位素的配置中传播，并在长的时间间隔内保持在实质上稳态的条件下。
作为非限制性的例子，上面的讨论已考虑了直径少于约一米的天然铀或钍金属的圆柱体，并且如果使用有效的中子反射器，那么实质上其直径可以更小，可以在任意长的轴向距离上稳定地传播核裂变爆燃波。然而，核裂变爆燃波的传播并不被解释为限于圆柱体、对称的几何结构或逐一地连接的几何结构。为此，核裂变爆燃波反应堆芯的可选几何结构的额外的实施方式在由发明人RODERICK A.HYDE、MURIELY Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD和LOWELL L.WOOD于2006年11月28日提交的题为“AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTOR FORLONG-TERM OPERATION”的第11/605,943号美国专利申请中被描述，其内容由此通过引用被并入。
核裂变爆燃波的传播牵涉到核裂变爆燃波反应堆10的实施方式。作为第一个例子，在爆燃波的中子经济中，以可接受的代价可将局部材料温度反馈施加在局部核反应速度上。这样的大的负中子反应性温度系数给与了控制爆燃波的前进速度的能力。如果从燃烧的燃料中提取很小的热功率，那么其温度升高，而与温度相关的反应性降低，以及在波中央的核裂变速度相应地变小，并且波的时间方程只反映非常小的轴向前进速度。相似地，如果热功率去除速度大，那么材料温度降低，而中子反应性升高，波内中子经济变得相对不受抑制，并且波在轴向相对快速地前进。关于可被合并在反应堆芯组件14的实施方式内的温度反馈的说明性实现的细节在由发明人RODERICK A.HYDE、MURIELY Y.ISHIKAWA、NATHANP.MYHRVOLD和LOWELL L.WOOD于2006年11月28日提交的题为“CONTROLIABIE IONG TERM OPERATION OF A NUCLEARREACTOR”的第11/605,933号美国专利申请中被描述，其内容由此通过引用被并入。
作为核裂变爆燃波的传播对核裂变爆燃波反应堆10的实施方式的牵涉的第二个例子，可使用少于核裂变爆燃波反应堆10中所有的总裂变中子产生。例如，局部材料温度的温度调节模块可以使用核裂变爆燃波反应堆10中总裂变中子产生的约5-10％。核裂变爆燃波反应堆10中总裂变中子产生的另外的≤10％可能不再受在核裂变爆燃波反应堆10的结构部件中使用的相对大数量的高性能高温结构材料(如Ta、W或Re)中的寄生吸收的影响。这种损失为了实现转换为电的≥60％的热力学效率并且获得高的系统安全品质因数而发生。如在图2A和2B中对Ta指示的，这些材料如Ta、W和Re的Z大约是锕系元素的Z的80％，并且因此其高能中子的辐射俘获截面与锕系元素的高能中子的辐射俘获截面相比不是特别地小。核裂变爆燃波反应堆10中总裂变中子产生的最后的5-10％可能不再受裂变产物中的寄生吸收的影响。如上面提到的，中子经济在特性上是足够丰富的，使得在不存在渗漏和快速几何发散时，总裂变中子产生的约0.7足以维持爆燃波的传播。这与使用低浓缩燃料的(超)热中子功率反应堆形成强烈的对比，对于该热中子功率反应堆来说，设计和运行中的中子经济规则必须是严格的。
作为核裂变爆燃波的传播对核裂变爆燃波反应堆10的实施方式的牵涉的第三个例子，作为核裂变爆燃波的特征的初始锕系燃料藏量的高烧尽(约50％至约80％)允许高效率地利用原封不动开采的燃料，此外不需要再处理。现参考图2C-2G，描绘了在1/3个世纪的时间间隔中持续要求全反应堆功率的情况下核裂变爆燃波开始(在本文被称为“核裂变点火”)后在反应堆的运行寿命期间的四个相等间隔开的时间时的反应堆芯组件14的实施方式的燃料供送特征。在所示的实施方式中，两个核裂变爆燃波前从发源点28(靠近反应堆芯组件14的中心并且核裂变点火器被定位在发源点28中)朝反应堆芯组件14的端部传播。在图2C中指示反应堆芯组件14的燃料供送的完全点火后，在不同时间点处核裂变爆燃波对的前缘的相应位置。图2D、2E、2F和2G分别示出大约在核裂变点火之后约7.5年、15年、22.5年和30年时，在一组代表性的近轴区域中的不同同位素成分的质量(以每cm轴向芯长度总质量kg为单位)和在作为纵坐标值的所指示的轴向位置相对于作为横坐标值的沿着说明性的非限制性的10米长的燃料供送的轴向位置处的燃料比功率(以W/g为单位)。中央干扰是由于由发源点28(图2C)指示的核裂变点火器的存在引起的。
应注意，来自在烧前后面的最强燃烧区域的中子通量在烧前的前缘处增殖富含裂变同位素的区域，从而用来推进核裂变爆燃波。在核裂变爆燃波的烧前扫过给定质量的燃料之后，只要在可获得的可转换的核上的中子的辐射俘获比在裂变产物核上明显更可能，裂变原子浓度就继续上升，同时在进行中的裂变产生更多质量的裂变产物。在任何给定的时刻，核功率产生密度在该燃料供送区域内达到高峰。也应注意，在所示的实施方式中，在核裂变点火器的左侧和右侧上的两个稍微不同类型的温度调节单元的不同作用导致相应的稍微不同的功率产生水平。
仍然参考图2D-2G，可以看出，远在核裂变爆燃波的前进烧前之后，裂变产物核(其质量接近地平均可裂变核的质量的一半)与裂变核的浓度比值上升到与可裂变的裂变与裂变产物的辐射俘获截面(图2A)的比值相当的数值，因此“局部中子反应性”稍微变负，并且远在核裂变爆燃波的烧前后面，燃烧和增殖实际上停止，如从相互比较图2D、2E、2F和2G中将认识到的。
在核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式中，在反应堆中曾经使用的所有核裂变燃料在制造反应堆芯组件14期间被安装。此外，在一些配置中，没有用过的燃料不曾从反应堆芯组件14去除。在一个方法中，在核裂变点火之后直到完成烧前的传播并且可能在完成烧前的传播之后，这样的实施方式可允许运行而未曾进入波反应堆芯14。然而，在核裂变爆燃波反应堆10的一些其它实施方式中，在核裂变点火之后，可将额外的核裂变燃料添加到反应堆芯组件14。在核裂变爆燃波反应堆10的一些其它实施方式中，可将用过的燃料从反应堆芯组件去除(并且，在一些实施方式中，当核裂变爆燃波反应堆10通电运行时，可以执行用过的燃料从反应堆芯组件14的去除)。这样的说明性更换燃料和排出燃料在由发明人RODERICK A.HYDE、MURIELY Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD和LOWELL L.WOOD于2006年11月28日提交的题为“METHOD ANDSYSTEM FOR PROVIDING FUEL IN A NUCLEAR REACTOR”的第11/605,848号美国专利申请中被解释，其内容由此通过引用被并入。当核裂变爆燃波扫过锕系‘燃料’的任何给定的轴向元素，将其转换为裂变产物‘灰烬’时，不管用过的燃料是否被去除，预先扩充原封不动装载的燃料允许用更低密度的裂变产物替换更高密度的锕系元素，而没有燃料元素中的任何总体积改变。
作为概述给出，使用在裂变同位素中浓缩的‘核裂变点火器模块’，可开始将核裂变爆燃波发射到Th232或U238燃料供送中。用于发射核裂变爆燃波的说明性核裂变点火器模块和方法在由发明人CHARLESE.AHLFELD、JOHN ROGERS GILLELAND、RODERICK A.HYDE、MURIELY Y.ISHIKAWA、DAVID G.MCALEES、NATHAN P.MYHRVOLD、CHARLES WITMER和LOWELL L.WOOD于2008年2月12日提交的题为NUCLEAR FISSION IGNITER的第12/069,908号共同未决的美国专利申请中被详细讨论，其内容由此通过引用被并入。更高的浓缩可产生更紧凑的模块，并且最小质量的模块可以使用减速剂浓度梯度。此外，核裂变点火器模决的设计可以部分地由非技术考虑事项确定，例如在不同情形中为了军事目的的对材料转换的阻力。
在其它方法中，说明性核裂变点火器可具有其它类型的反应源。例如，其它核裂变点火器可包括“燃烧的余烬”，例如，通过暴露于传播的核裂变爆燃波反应堆内的中子在裂变同位素中浓缩的核裂变燃料。这样的“燃烧的余烬”可作为核裂变点火器起作用，尽管存在各种数量的裂变产物“灰烬”。在发射核裂变爆燃波的其它方法中，可使用裂变同位素中浓缩的核裂变点火器模块来补充其它中子源，该中子源使用高能离子(如质子、氘核、α粒子等)或电子的电驱动源，其又可产生中子。在一个说明性的方法中，可以将粒子加速器如线性加速器定位成向中间材料提供高能质子，该中间材料又可以提供这样的中子(例如，通过散裂)。在另一说明性的方法中，可以将粒子加速器如线性加速器定位成向中间材料提供高能电子，该中间材料又可以提供这样的中子(例如，通过高Z元素的电子裂变和/或光致裂变)。可选地，其它已知的中子发射过程和结构如电引起的聚变方法可以提供中子(例如，来自D-T聚变的14MeV中子)，因而除了裂变同位素中浓缩的核裂变点火器模块之外，这些中子也被使用来开始传播裂变波。
既然已经讨论了燃料供送和核裂变爆燃波的核子学，将讨论关于“核裂变点火”和核裂变爆燃波的维护的进一步的细节。在诸如U235或Pu239的可裂变材料中适度浓缩的位于中央的说明性核裂变点火器使中子吸收材料(如氢硼化物)从其去除(例如通过操作者控制的电加热)，并且核裂变点火器变成中子临界的。局部燃料温度升高至设计设定点并且随后由局部温度调节模块调节(在由发明人RODERICK A.HYDE、MURIELYY.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD和LOWELL L.WOOD于2006年11月28日提交的题为“AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTORFOR LONG-TERM OPERATION”的第11/605,943号美国专利申请中被详细讨论，其内容由此通过引用被并入)。来自U235或Pu239的快速裂变的中子大多数首先在局部U238或Th232上被俘获。
应认识到，通过将诸如石墨的耐火减速剂的径向密度梯度引入到核裂变点火器中以及直接包围它的燃料区域中，核裂变点火器的铀浓缩可以下降到不比轻水反应堆(LWR)燃料的铀浓缩大得多的水平。高减速剂密度使低浓缩燃料能够令人满意地燃烧，而降低减速剂密度允许发生有效的裂变增殖。因此，最佳的核裂变点火器设计可涉及来自完全点火的芯燃料供送的增殖鲁棒性(proliferation robustness)与从初始临界性到全额定功率的可用性的最小潜伏期之间的折衷。更低的核裂变点火器浓缩需要更多的增殖生成并且因此需要更长的潜伏期。
因为虽然总的裂变同位素藏量单调递增，但是该总藏量在空间上变得更加分散，所以在核裂变点火过程的第一阶段中反应堆芯组件14的峰值(未调节的)反应性缓慢地降低。作为初始燃料几何结构、燃料浓缩度相对于位置和燃料密度的选择，可以在达到最小值的时间点处将最大反应性仍然设置为稍微为正。不久之后，最大反应性开始朝其最大值迅速增加，相应于在增殖区域中裂变同位素藏量实质上超过在核裂变点火器中保留的裂变同位素。对于许多情况，然后，准球状环形外壳提供最大比功率产生。在此刻，反应堆芯组件14的燃料供送可被称为“点火的”。
现将讨论核裂变爆燃波的传播，其在本文也被称为“核裂变燃烧”。在先前描述的配置中，最大比核功率产生的球状发散外壳继续从核裂变点火器朝燃料供送的外表面径向地前进。当它到达外表面时，它通常分成两个球带状表面，每一个表面在沿着圆柱体的轴线的两个相反方向的相应一个上传播。在该时间点，可能已开发出芯的全热功率产生潜力。该时间间隔被表征为两个轴向传播的核裂变爆燃波烧前的发射周期的时间间隔。在一些实施方式中，芯的燃料供送的中心被点火，因此产生两个反向传播的波。这种布置加倍了在任何给定的时间发生功率产生的芯的质量和体积，并且因此将芯的峰值比功率产生减少了两倍，因而从数量上最小化了传热的难题。然而，在其它的实施方式中，如对特定应用所期望的，芯的燃料供送在一个端部处或附近被点火。这样的方法在一些配置中可导致单个传播波。
在其它实施方式中，芯的燃料供送可在多个地点被点火。在又一些其它实施方式中，如对特定应用所期望的，芯的燃料供送在芯内的任何3-D位置处被点火。在一些实施方式中，将开始并且远离核裂变点火地点传播两个传播的核裂变爆燃波，然而，根据几何结构、核裂变燃料的组成、中子修改控制结构的作用或其它考虑事项，可以开始和传播不同数目的(例如，一个、三个或多个)核裂变爆燃波。然而，为了理解的目的，本文的讨论没有限制地涉及两个核裂变爆燃波烧前的传播。
如图2D-2G中所示的，自此刻起直到当这两个波到达或接近两个相对的端部时它们碎开，在任一波的框架中，核功率产生的物理性质通常实际上是时间不变的。穿过燃料的波前进的速度与局部中子通量成比例，局部中子通量又线性地依赖于通过对中子控制系统的核裂变爆燃波的中子预算的综合作用从反应堆芯组件14得到的热功率。在一个方法中，可使用温度调节模块(未示出)实现中子控制系统，温度调节模块在由发明人RODERICK A.HYDE、MURIELY Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD和LOWELL L.WOOD于2006年11月28日提交的题为“CONTROLLABLELONG TERM OPERATION OF A NUCLEAR REACTOR”的第11/605,933号美国专利申请中己被描述，其内容由此通过引用被并入。
当通过流入芯的更低温的冷却剂要求来自反应堆的更多功率时，芯的两个端部(在一些实施方式中，其最接近冷却剂入口)的温度降低至稍微低于温度调节模块的设计设定点，因而中子吸收剂从芯的温度调节模块的相应的亚域(sub-populaion)被收回，并且因而允许局部中子通量增加，以便将局部热功率产生带到驱使局部材料温度升高到局部温度调节模块的设定点的水平。
然而，在两个烧前的实施方式中，直到冷却剂的两个分开的流移动进两个核烧前(nuclear burn-front)中之前，该过程在显著地加热冷却剂时不是有效的。芯的燃料供送的这些两个部分——其在不被温度调节模块的中子吸收剂抑制时能够产生显著水平的核功率——然后起作用来将冷却剂加热至由其模块的设计设定点所指定的温度，假定核裂变燃料的温度没有变得过大(并且不考虑冷却剂在芯中达到的温度)。然后，这两个冷却剂流朝两个烧前的中心移动而穿过已经燃烧过的燃料的两个部分，从它们去除残留的核裂变热功率和余热热功率，这两者在燃料供送中心离开燃料供送。如图2D-2G中所示的，通过“调整”主要来自每个烧前的后缘的多余的中子，该布置支持两个烧前朝燃料供送的两个端部的传播。
因此，可以认为此配置中芯的中子物理学实质上是自调节的。例如，对于圆柱形芯的实施方式，当圆柱形芯的燃料密度-半径的积≥200gm/cm2时(即，对于合理地快的中子能谱，在典型合成物的芯中，对于中子引发的裂变的1-2个平均自由行程)，可以认为芯的中子物理学实质上是自调节的。在这样的芯设计中的中子反射器的一个功能可以是大幅度地减少由反应堆外部部分如其辐射屏蔽层、结构支撑物、温度调节模块和最外面的壳所见的快中子注量。中子反射器也可通过提高在燃料的最外部分中的增殖效率和比功率来影响芯的性能。这样的影响可提高反应堆的经济效率。在低总能量效率时，不使用燃料供送的在外的部分，但是其具有与在燃料供送中心处的那些部分相当的同位素烧尽水平。
最后，通过按需要将中子毒物注射到冷却剂流中，可以在任何时间执行芯的中子反应性的不可逆的失效(irreversible negation)。例如，用材料如BF3轻轻地装入冷却剂流(如果需要，可能伴随有挥发性还原剂如H2)可通过由在反应堆芯中存在的高温指数地加速否则缓慢的化学反应2BF3+3H2-＞2B+6HF来将金属硼实质上均匀地沉积在穿过反应堆芯的冷却剂管的内壁上。反过来，硼是高度耐火的类金属，并且通常不从其沉积位置迁移。在芯中数量＜100kg的实质上均匀的硼的存在可以在无限长的时间间隔内抵抗芯的中子反应性，而不涉及在反应堆附近的动力装置的使用。
虽然上述配置中的芯的中子物理学可被认为是实质上自调节的，参考图1C和1D，其它配置可以在反应堆控制系统30的控制下运行，反应堆控制系统30包括具有合适电路的适当电子控制器32并且可包括适当的机电系统。
在一般意义上，本领域的技术人员将认识到，可通过各种硬件、软件、固件和/或其任意组合单独和/或共同地实现的本文所述的不同方面可被看作是包括不同类型的“电路”。因此，如本文所使用的“电路”包括但不限于具有至少一个分立电路的电路、具有至少一个集成电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、形成由计算机程序(例如，由计算机程序配置的通用计算机，其至少部分地执行本文所述的过程和/或设备；或由计算机程序配置的微处理器，其至少部分地执行本文所述的过程和/或设备)配置的通用计算设备的电路、形成存储设备(例如，存储器的形式(例如，随机存取、闪存、只读等))的电路和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机、光电装备等)的电路。本领域的技术人员将认识到，可以用模拟或数字方式或它们的某种组合来实现本文所述的主题。
在一般意义上，本领域的技术人员将认识到，可由不同类型的机电系统单独和/或共同地实现本文所述的不同的实施方式，机电系统具有各种电子部件如硬件、软件、固件和/或实质上其任何组合；以及可传递机械力或运动的各种部件如刚体、弹簧或扭转体、液压系统、电磁致动设备和/或实质上其任何组合。因此，本文所使用的“机电系统”包括但不限于与变换器可操作地耦合的电路(例如，致动器、发动机、压电晶体、微机电系统(MEMS)等)、具有至少一个分立电路的电路、具有至少一个集成电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、形成由计算机程序(例如，由计算机程序配置的通用计算机，其至少部分地执行本文所述的过程和/或设备；或由计算机程序配置的微处理器，其至少部分地执行本文所述的过程和/或设备)配置的通用计算设备的电路、形成存储设备(例如，存储器的形式(例如，随机存取、闪存、只读等))的电路、形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机、光电装备等)的电路和/或任何与其类似的非电子类似物，如光学或其它类似物。本领域的技术人员也将认识到，机电系统的实例包括但不限于各种消费电子系统、医疗设备以及其它系统如机动化运输系统、工厂自动化系统、安全系统和/或通信/计算系统。本领域的技术人员将认识到，本文所使用的机电不一定限于具有电子和机械致动的系统，除非上下文可能另外规定。
核裂变爆燃波反应堆的说明性实施方式
既然已经陈述了支持核裂变爆燃波反应堆10的一些实施方式的一些考虑事项，将解释关于核裂变爆燃波反应堆10的说明性实施方式的进一步的细节。应强调，仅作为非限制性的例子而不是作为限制给出核裂变爆燃波反应堆10的说明性实施方式的以下描述。如上面提到的，设想核裂变爆燃波反应堆10的若干实施方式，以及核裂变爆燃波反应堆10的另外的方面。在讨论关于核裂变爆燃波反应堆10的说明性实施方式的细节之后，也将讨论其它实施方式和方面。
现参考图1A-1D，主热管16布置成与散热器18热相通。在这些布置中，主热管16的蒸发段34布置成与核裂变燃料材料(为清楚的目的，图1A-1D中未示出)热相通。散热器18布置成与主热管16的冷凝段36热相通。如果需要，主热管16还可包括绝热段38。下面将进一步陈述主热管16的非限制性方面的说明性细节，例如在反应堆芯组件14内的方位、与核裂变燃料材料的关系以及说明性构造的细节。
现参考图3A-3D，在一些其它实施方式中，核裂变爆燃波反应堆10还可包括至少一个次热管40，次热管40被布置成与主热管16热相通。在一些实施方式中，至少一个散热器18可布置成与次热管40热相通。在作为例子而不是限制示出的实施方式中，当散热器18是蒸汽发生器时，热量从次热管40传递到给水22，并且给水22由液相转换为蒸汽24。
应注意，至少一个次热管40布置成与主热管16热相通。因此，在一些实施方式中并且类似于主热管16，一个次热管40可布置成与至少一个主热管16热相通。同样，在一些其它实施方式中，一个以上的次热管40可布置成与主热管16热相通。虽然附图示出被包括在核裂变爆燃波反应堆10的不同实施方式中的一个以上的次热管40，但是这样的附图仅用于说明性的目的而没有规定是限制性的。为此，不以任何方式限制布置成与主热管16热相通的次热管40的数量。相反，如对特定应用所期望的，任何数量的次热管40可布置成与主热管16热相通，没有限制地取决于功率产生需求、空间约束、调节限制等。
为清楚起见并且类似于主热管16，在以下描述中(例如在核裂变爆燃波反应堆10的不同实施方式的讨论的上下文中)的“至少一个次热管40”将被提及为“次热管40”。尽管如此，应认识到，对“次热管40”的这种提及是为了清楚的目的，而不是用来将次热管40的数量限制为一个以上的次热管40。
如在上述实施例中的，如对特定应用所期望的，可提供任何数量的散热器18。例如，如图3A和3C所示，一些实施方式包括一个散热器18。如图3B和3D所示，一些实施方式可包括两个散热器18。为了简洁起见，没有另外示出有两个以上的散热器18的实施方式。尽管如此，应当认识到，并不打算限制散热器18的数量且不应推断出限制。因此，为了如上关于主热管16和次热管40所述的相同的清楚性理由，将提到散热器18但没有将散热器的数量限制为一个以上的散热器18的意图。
虽然图3A和3B中所示的配置中的芯的中子物理学可被认为是实质上自调节的，但是图3C和3D中所示的配置中的芯的中子物理学可以在反应堆控制系统30的控制下运行，反应堆控制系统30包括具有合适电路的电子控制器32并且可包括适当的机电系统。已在上面描述了这些特征，并且它们的细节不需要为了理解而重复。
次热管40的蒸发段42布置成与主热管16的冷凝段36热相通。散热器18布置成与次热管40的冷凝段44热相通。如果需要，次热管40还可包括绝热段46。下面将进一步陈述次热管40的非限制性方面的说明性细节，例如说明性构造的细节。
次热管40的蒸发段42布置成与主热管16的冷凝段36热相通。也就是说，可将来自主热管16的冷凝段36的热量传递到次热管40的蒸发段42。除了别的事物外，在一些实施方式中，为了帮助维持次热管40的蒸发段42相对于主热管16的冷凝段36的物理定位，可在耦合设备48内布置主热管16的冷凝段36和次热管40的蒸发段42。
除了帮助维持次热管40的蒸发段42相对于主热管16的冷凝段36的物理定位以外，耦合设备48还可以在主到次热管泄漏的情况下帮助提供密封。
此外，耦合设备48也可以帮助促进热量从主热管16的冷凝段36到次热管40的蒸发段42的传递。为此，耦合设备48可帮助减少热量到环境的损失。另外，如果需要，可在耦合设备48内提供热传递介质50(图3A-3D中未示出；见图3E-3G和3I)，以帮助进一步促进热量从主热管16的冷凝段36到次热管40的蒸发段42的传递。作为例子而不是限制给出，热传递介质50可包括适合于高温运行的任何热传递介质，例如但不限于Li7、钠、钾等。
可在耦合设备48内将主热管16的冷凝段36和次热管40的蒸发段42布置为彼此相邻。例如并另外参考图3E和3F，在一些实施方式中，可在耦合设备48内将主热管16的冷凝段36和次热管40的蒸发段42布置为彼此横向地相邻。如图3E所示，可将主热管16的冷凝段36和次热管40的蒸发段42布置为相对于彼此以端到端的方式横向地相邻。如图3F所示，可将主热管16的冷凝段36和次热管40的蒸发段42布置为相对于彼此以重叠的“侧面到侧面”的方式横向地相邻。
在一些其它实施方式中，可在耦合设备48内将主热管16的冷凝段36和次热管40的蒸发段42布置为彼此径向地相邻。在主到次热管泄漏的情况下，这样的布置可以帮助提供甚至进一步的封闭。例如并另外参考图3G和3H，在一些实施方式中，可在次热管40的蒸发段42内径向地布置主热管16的冷凝段36。在一些其它实施方式中并另外参考图3I和3J，可在主热管16的冷凝段36内径向地布置次热管40的蒸发段42。
现参考图4，在一些实施方式中，散热器之一可以是内部散热器52，内部散热器52被布置在反应堆容器12的内部。因此，图4中所示的特征可以代表在图1A-1D和3A-3D中所示的任何布置的一部分。
内部散热器与内部热管54热相通。内部热管54布置成与核裂变燃料材料热相通。因此，当提供内部热管54时，内部热管54可被认为是主热管16之一。内部热管54的蒸发段56布置成与核裂变燃料材料热相通。内部散热器52布置成与内部热管54的冷凝段58热相通。内部热管54不需要包括绝热段。在一些实施方式中，内部热管54包括绝热段(为清楚的目的未示出)。在一些其它实施方式中，内部热管54不包括绝热段。
适当地，如对特定应用所期望的，内部散热器52是任何类型的散热器。在一些实施方式中，内部散热器52可以是适当的热传递设备。在一些其它实施方式中，内部散热器52可以是核反应堆容器12内的可能至少部分地被封闭的空间体积，在核反应堆容器12中，可放置用于热处理、退火等的工件。在一些实施方式中，可以通过在核反应堆容器12中界定的进入孔60接近内部散热器52。
可以用任何适当的方式将主热管16布置成与核裂变燃料材料热相通。在一般情况下，热量从核裂变燃料材料传递到主热管16的蒸发段34。说明性的核裂变燃料材料和核裂变爆燃波的核子学已在上面被讨论，因而不必重复。没有推断出关于热量从核裂变燃料材料传递到主热管16的特定布置的限制。为此，将在下面描述并作为非限制性的例子而不是限制给出一些说明性的布置。
在一种布置中，可将主热管16布置在核裂变燃料材料的外部。现参考图5A-5C，作为非限制性的例子，可将核裂变燃料材料布置在核裂变燃料组件62中。核裂变燃料组件62可包括核裂变燃料材料(如上所述)、包层、结构构件以及按需要促进热量从核裂变燃料材料向主热管16传递的任何热传递构件。虽然为了清楚的目的，在图1A-1D和3A-3D中没有示出核裂变燃料组件62，但是在一些实施方式中，可按照行和列的矩阵布置核裂变燃料组件62。在这样的布置中，图5A和5B中所示的核裂变燃料组件62代表反应堆芯组件14内的一个“部分”，即，一行或一列。
在这样的布置中，主热管16的蒸发段34可布置成实质上垂直于核裂变燃料组件62。因此，在这样的布置中，也可以按照行和列的矩阵布置主热管16。因此，图5A和5B中所示的主热管16代表反应堆芯组件14内的一个“部分”，即，一行或一列。
可以在反应堆芯组件14内按照如上所述的方式传播核爆燃波。为了帮助降低注量效应，例如但不限于归因于在部件(例如但不限于包层)上缓慢的传播速度和/或快中子能谱的膨胀，可能期望核裂变爆燃波垂直于(而不是沿着或平行于)核裂变燃料组件62传播。同样，可能期望核裂变爆燃波垂直于(而不是沿着或平行于)主热管34传播，以帮助降低在主热管16的材料或部件上的任何注量效应。因此，在一些实施方式中，核裂变爆燃波可以与核裂变燃料组件62和主热管16相互正交地传播。作为非限制性的例子给出并且如图5A所示，核裂变爆燃波可以如箭头尾巴64所指示的那样传播进图纸中。然而，如图5B所示，核裂变爆燃波也可以通过如箭头尖端66所指示的那样从图纸传播出来而与核裂变燃料组件62和主热管16相互正交地传播。在图5C中示出了核裂变爆燃波的两个方向。
在另一说明性布置中，再次将主热管16布置在核裂变燃料材料的外部。现参考图6A-6C，作为非限制性的例子，可以如上所述将核裂变燃料材料布置在核裂变燃料组件62中。如上关于图5A-5C所描述的，可以按照行和列的矩阵布置核裂变燃料组件62。在这样的布置中，图6A和6B中所示的核裂变燃料组件62代表反应堆芯组件14内的一个“部分”，即，如图6C中所示的一行或一列。
然而，在此布置中，主热管16的蒸发段34布置成实质上平行于核裂变燃料组件62。因此，在此布置中，也可以按照行和列的矩阵布置主热管16。图6A-6C中所示的主热管16因此代表反应堆芯组件14内的一个“部分”，即，一行或一列。
可以在反应堆芯组件14内按照如上所述的方式传播核爆燃波。如上所述，可能期望核裂变爆燃波垂直于(而不是沿着或平行于)核裂变燃料组件62和主热管34传播。因此，在一些实施方式中，核裂变爆燃波可以垂直于核裂变燃料组件62和主热管16传播。作为非限制性的例子给出并且如图6A和6B所示，核裂变爆燃波可以在远离箭头尾巴64朝着箭头尖端66的任一方向上传播。
在一些布置中并且如图6D所示，可使主热管16和核裂变燃料组件62相对于彼此定位，以便每个核裂变燃料组件62由主热管16环绕。这样的布置可有助于促进热量从核裂变燃料组件62到主热管16的传递。然而，应当认识到，如对特定应用所期望的，可按照任何方式使核裂变燃料组件62和主热管16相对于彼此布置。
现将作为例子陈述主热管16、次热管40和内部热管54的若干非限制性实例的细节。虽然本文解释了若干说明性实例，但是没有将主热管16、次热管40和内部热管54限制到以下所述的说明性、非限制性的实例。相反，应认识到，如对特定应用所期望的，可使用任何合适的热管。
在下面陈述的关于主热管16、次热管40和内部热管54的说明性、非限制性的实例的讨论改编自由发明人CHARLES E.AHLFELD、JOHNROGERS GILLELAND、RODERICK A.HYDE、MURIELY Y.ISHIKAWA、DAVID G.MCALEES、NATHAN P.MYHRVOLD、THOMAS ALLANWEAVER、CHARLES WITMER、LOWELL L.WOOD和GEORGEB.ZIMMERMAN于2008年5月15日提交的题为“HEAT PIPE FISSIONFUEL ELEMENT”的第12/152,904号美国专利申请，其内容由此通过引用被并入。
说明性热管的细节
现参考图7A，可将说明性热管布置在核裂变燃料材料的外部。因此，可使用图7A中所示的说明性热管作为主热管16、次热管40和/或内部热管54的任何一个或多个。下面的讨论解释了涉及到主热管16、次热管40、内部热管54和它们的部件的非限制性热管的说明性细节。
仍参考图7A，热管16、40、54包括蒸发段34、42、56和冷凝段36、44、58。热管16、40、54还可包括绝热段38、46和(对于说明性热管是内部热管54的应用)绝热段68。热量从核裂变燃料材料传递到蒸发段34、56，如箭头144所指示的。同样，热量从主热管16的冷凝段传递到蒸发段42，如箭头144所指示的。
热管16、40、54界定其中的腔166。壁部分163的表面165界定腔166的表面。壁部分163可对高温运行和/或(如果需要)中子通量环境按需要由任何合适的材料制成。作为非限制性的例子给出，在一些实施方式中，壁部分163可以由诸如钢、铌、钒、钛、耐火金属和/或耐火合金的材料的任何一种或多种制成。作为非限制性的例子给出，在一些实施方式中，耐火金属可以是铌、钽、钨、铪、铼或钼。耐火合金的非限制性的实例包括如在美国专利6902809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。
在热管16、40、54内提供工作流体。适当地，工作流体是可蒸发的和可冷凝的。作为非限制性的例子给出，工作流体可按需要包括任何适当的工作流体，例如但不限于Li7、钠、钾等。
在腔166的至少一部分内界定热管16、40、54的毛细管结构126。在一些实施方式中，毛细管结构126可以是灯芯。灯芯可按需要由任何合适的材料如钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和耐火金属制成。在一些其它实施方式中，可提供毛细管结构126作为轴向槽。
蒸发段34、42、56中的工作流体蒸发，如箭头146所指示的，从而经历从液相到气相的转换。气态形式的工作流体穿过热管16、40、54，如箭头148所指示的，从蒸发段34、42、56移动而通过绝热段38、46、68并到达冷凝段36、44、58。在冷凝段36、44、58，来自工作流体的热量传递出热管16、40、54，如箭头150所指示的。冷凝段36、44、58中的工作流体冷凝，如箭头152所指示的，从而经历从气相到液相的转换。通过毛细管结构126中的毛细管作用，液态形式的工作流体从冷凝段36、44、58通过绝热段38、46、68返回到蒸发段34、42、56，如箭头154所指示的。
现参考图7B，在一些其它实施方式中，说明性热管与图7A中所示的并在上面描述的热管相似。然而，图7B中所示的热管不包括绝热段。所有其它特征与图7A中所示的特征相似。为此，蒸发段34、42、56中的工作流体蒸发，如箭头146所指示的，从而经历从液相到气相的转换。气态形式的工作流体穿过热管16、40、54，如箭头148所指示的，从蒸发段34、42、56移动到冷凝段36、44、58。在冷凝段36、44、58，来自工作流体的热量传递出热管16、40、54，如箭头150所指示的。冷凝段36、44、58中的工作流体冷凝，如箭头152所指示的，从而经历从气相到液相的转换。通过毛细管结构126中的毛细管作用，液态形式的工作流体从冷凝段36、44、58返回到蒸发段34、42、56，如箭头154所指示的。
应认识到，如对特定应用所期望的，可使用图7B中所示的说明性热管作为主热管16或次热管40。然而，如果大小约束是考虑事项，那么可能期望使用图7B中所示的说明性热管作为内部热管54。
现参考图8A，在一些其它实施方式中，可在热管的至少一部分中布置核裂变燃料材料164。因为核裂变燃料材料164布置在其中的一部分中，所以可以使用图8A中所示的说明性热管作为主热管16或内部热管54。
热管16、54界定其中的腔166。壁部分163的表面165界定腔166的表面。在一些实施方式中，可在腔166的至少一部分内布置核裂变燃料材料164。例如，在一些实施方式中，可在毛细管结构126内布置核裂变燃料材料164。然而，应认识到，核裂变燃料材料164不需要布置在毛细管结构126内，而是可按需要布置在腔166内的任何地方。
在一些实施方式中，作为非限制性的例子给出，核裂变燃料材料164可具有毛细管结构。如果需要，在一些其它实施方式中，核裂变燃料材料164可具有烧结的粉末燃料微结构或泡沫微结构或高密度微结构等。
在一些其它实施方式中，壁部分163的一部分可以包括核裂变燃料材料164。在这样的布置中，可在腔166的外面布置核裂变燃料材料164。
除核裂变燃料材料164的添加之外，图8A中所示的其它特征与图7A中所示的特征相似。为此，蒸发段34、56中的工作流体蒸发，如箭头146所指示的，从而经历从液相到气相的转换。气态形式的工作流体穿过热管16、54，如箭头148所指示的，从蒸发段34、56移动而通过绝热段38、68并到达冷凝段36、58。在冷凝段36、58，来自工作流体的热量传递出热管16、54，如箭头150所指示的。冷凝段36、58中的工作流体冷凝，如箭头152所指示的，从而经历从气相到液相的转换。通过毛细管结构126中的毛细管作用，液态形式的工作流体从冷凝段36、58通过绝热段38、68返回到蒸发段34、56，如箭头154所指示的。
现参考图8B，在一些其它实施方式中，说明性热管与图8A中所示的并在上面描述的热管相似。然而，图8B中所示的热管不包括绝热段。所有其它特征与图8A中所示的特征相似。为此，蒸发段34、56中的工作流体蒸发，如箭头146所指示的，从而经历从液相到气相的转换。气态形式的工作流体穿过热管16、54，如箭头148所指示的，从蒸发段34、56移动到冷凝段36、58。在冷凝段36、58，来自工作流体的热量传递出热管16、54，如箭头150所指示的。冷凝段36、58中的工作流体冷凝，如箭头152所指示的，从而经历从气相到液相的转换。通过毛细管结构126中的毛细管作用，液态形式的工作流体从冷凝段36、58返回到蒸发段34、56，如箭头154所指示的。
应认识到，如对特定应用所期望的，可使用图8B中所示的说明性热管作为主热管16。然而，如果大小约束是考虑事项，那么可能期望使用图8B中所示的说明性热管作为内部热管54。
现参考图9A和9B，在一些其它实施方式中，可在核裂变燃料材料212的一部分中布置说明性热管的至少一部分214(以虚线示出)。因为在核裂变燃料材料212的一部分中布置热管的至少所述部分214，所以可使用图9A中所示的说明性热管作为主热管16或内部热管54。
可由可在核裂变燃料材料212中界定的腔218界定热管16、54的至少所述部分214。在一些实施方式中，腔218可以是穿过核裂变燃料材料212的至少所述部分214界定的通道。因此，在一些实施方式中，腔218的表面220可以是热管16、54的所述部分214的壁。可以按照任何适当的方式界定腔218。例如，在一些实施方式中，可以通过从核裂变燃料材料212按需要以任何方式例如通过钻、铣、冲压等加工腔来界定腔218。在一些其它实施方式中，可通过绕外形如例但不限于心轴(未示出)形成核裂变燃料材料212的至少一部分222来界定腔218。可按需要以任何方式例如但不限于通过焊接、铸造、电镀、挤压、模塑等执行该形成。
另外参考图10A，热管16、54的壁部分163的表面165从核裂变燃料材料212中的腔218延伸，从而实质上充当表面220的延伸部分。因此，腔218可以被认为是实质上密封的。
在腔218的至少一部分内界定热管16、54的毛细管结构126。也就是说，表面220是围绕毛细管结构126的一部分的壁。在一些实施方式中，毛细管结构126也可以被界定在热管16、54的内部，其在核裂变燃料材料212的外面并由壁部分163封闭。在一些实施方式中，毛细管结构126可以是灯芯。灯芯可按需要由任何合适的材料如钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和耐火金属制成。在一些其它实施方式中，可提供毛细管结构126作为轴向槽。
在热管16、54内提供工作流体。适当地，工作流体是可蒸发的和可冷凝的。作为非限制性的例子给出，工作流体可按需要包括任何适当的工作流体，例如但不限于Li7、钠、钾等。
来自核裂变燃料材料212的热量传递到蒸发段34、56，如箭头144所指示的。蒸发段34、56中的工作流体蒸发，如箭头146所指示的，从而经历从液相到气相的转换。气态形式的工作流体穿过热管16、54，如箭头148所指示的，从蒸发段34、56移动而通过绝热段38、68并到达冷凝段36、58。在冷凝段36、58，来自工作流体的热量传递出热管16、54，如箭头150所指示的。冷凝段36、58中的工作流体冷凝，如箭头152所指示的，从而经历从气相到液相的转换。通过毛细管结构126中的毛细管作用，液态形式的工作流体从冷凝段36、58通过绝热段38、68返回到蒸发段34、56，如箭头154所指示的。
现参考图10B，在一些其它实施方式中，说明性热管与图10A中所示的并在上面描述的热管相似。然而，图10B中所示的热管不包括绝热段。所有其它特征与图10A中所示的特征相似。为此，来自核裂变燃料材料212的热量传递到蒸发段34、56，如箭头144所指示的。蒸发段34、56中的工作流体蒸发，如箭头146所指示的，从而经历从液相到气相的转换。气态形式的工作流体穿过热管16、54，如箭头148所指示的，从蒸发段34、56移动到冷凝段36、58。在冷凝段36、58，来自工作流体的热量传递出热管16、54，如箭头150所指示的。冷凝段36、58中的工作流体冷凝，如箭头152所指示的，从而经历从气相到液相的转换。通过毛细管结构126中的毛细管作用，液态形式的工作流体从冷凝段36、58返回到蒸发段34、56，如箭头154所指示的。
应认识到，如对特定应用所期望的，可使用图10B中所示的说明性热管作为主热管16。然而，如果大小约束是考虑事项，那么可能期望使用图10B中所示的说明性热管作为内部热管54。
说明性方法
既然已经讨论了核裂变爆燃波反应堆及用在其上的说明性、非限制性热管的说明性实施方式，现将讨论与其相关的说明性方法。
以下是描绘过程的实现的一系列流程图。为了容易理解，流程图被组织，以便初始流程图通过总“大图”观点提出实现，并且此后以下的流程图提出可选的实现和/或“大图”流程图作为在一个或多个先前提出的流程图上构造的子步骤或者额外步骤的扩展。本领域的技术人员将认识到，本文所利用的提出样式(例如，以流程图的提出开始，该流程图提出概观并此后提供对后续的流程图的添加和/或后续的流程图中的进一步细节)通常考虑到对各种过程实现的快速和容易的理解。此外，本领域的技术人员将进一步认识到，本文所使用的提出样式也很适合于模块化设计范式。
现参考图11A，提供了用于传递核裂变爆燃波反应堆的热量的说明性方法310。方法310始于块312。在块314，在核裂变爆燃波反应堆的反应堆芯组件中的核裂变燃料材料中传播核裂变爆燃波。在块316，来自核裂变燃料材料的热量传递到至少一个主热管。作为例子而不是限制给出，可以从核裂变燃料材料的靠近核裂变爆燃波的烧前的一部分传递热量。方法310止于块318。
现参考图11B，在块320，热量可从至少一个主热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个外部散热器。
现参考图11C，在块322，热量可从至少一个主热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个次热管。在块324，热量可从至少一个次热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个外部散热器。
现参考图11D，在块326，热量可从核裂变燃料材料传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部热管。在块328，热量可从至少一个内部热管传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部散热器。
现参考图12A，提供了用于从核裂变爆燃波反应堆传递热量的说明性方法330。方法330始于块332。在块334，在核裂变爆燃波反应堆的反应堆芯组件中的核裂变燃料材料中传播核裂变爆燃波。在块336，热量从核裂变燃料材料传递到至少一个主热管。作为例子而不是限制给出，可以从核裂变燃料材料的靠近核裂变爆燃波的烧前的一部分传递热量。在块338，热量从至少一个主热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个外部散热器。方法330止于块340。
现参考图12B，在块342，热量可从至少一个主热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个次热管。在块344，热量从至少一个次热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个外部散热器。
现参考图12C，在块346，热量可从核裂变燃料材料传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部热管。在块348，热量从至少一个内部热管传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部散热器。
现参考图13A，提供了用于从核裂变爆燃波反应堆传递热量的说明性方法350。方法350始于块352。在块354，在核裂变爆燃波反应堆的反应堆芯组件中的核裂变燃料材料中传播核裂变爆燃波。在块356，热量从核裂变燃料材料传递到至少一个主热管。作为例子而不是限制给出，可以从核裂变燃料材料的靠近核裂变爆燃波的烧前的一部分传递热量。在块358，热量从至少一个主热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个次热管。在块360，热量从至少一个次热管传递到在反应堆容器的外部的至少一个外部散热器。方法350止于块362。
现参考图13B，在块364，热量可从核裂变燃料材料传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部热管。在块366，热量从至少一个内部热管传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部散热器。
现参考图14，提供了用于在核裂变爆燃波反应堆内传递热量的说明性方法370。方法370始于块372。在块374，在核裂变爆燃波反应堆的反应堆芯组件中的核裂变燃料材料中传播核裂变爆燃波。在块376，热量从核裂变燃料材料传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部热管。作为例子而不是限制给出，可以从核裂变燃料材料的靠近核裂变爆燃波的烧前的一部分传递热量。在块378，热量从至少一个内部热管传递到在反应堆容器的内部布置的至少一个内部散热器。方法370止于块380。
本领域的技术人员将认识到，为了概念清楚起见，使用本文所描述的部件(例如，块)、设备、和目的以及伴随它们的讨论作为实例，并且各种配置修改在本领域的技术人员的技术范围内。因此，如本文所使用的，所陈述的具体范例和伴随的讨论被规定为代表它们更一般的类别。总的来说，本文的任何具体范例的使用也被规定为代表其类别，并且本文的这样具体的部件(例如，块)、设备和目的的不包括不应该被认为指示该限制是期望的。
关于本文的实质上任何复数和/或单数术语的使用，本领域的技术人员可以在对上下文和/或应用适当时从复数转换成单数和/或从单数转换成复数。为了清楚起见，本文不明确陈述各种单数和/或复数置换。
虽然已经示出并描述了本文所描述的本主题的特定方面，但是对本领域的技术人员明显的是，根据本文的教导，可做出改变和修改而不偏离本文所描述的主题及其更广的方面，并且因此所附的权利要求在它们的范围内包括所有这样的变化和修改，如在本文所描述的主题的真实精神和范围内的。此外，应理解，本发明由所附的权利要求限定。本领域的技术人员将认识到，通常，在本文并且特别是在所附的权利要求中(例如，所附的权利要求的主体中)使用的术语通常意指“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应该被解释为“包括但不限于”，术语“具有(having)”应该被解释为“具有至少”，术语“包括(includes)”应该被解释为“包括但不限于”，等等)。本领域的技术人员将进一步理解，如果预期特定数量的引入的权利要求陈述，那么这样的意图将在权利要求中被明确地陈述，并且在不存在这样的陈述时这样的意图不存在。例如，作为对理解的帮助，下面的所附权利要求可以含有引导性的短语“至少一个”和“一个或多个”的用法，以引入权利要求陈述。然而，这样的短语的使用不应该被解释为暗示权利要求陈述通过不定冠词“一(a)”或“一(an)”的引入将含有这样引入的权利要求陈述的任何具体的权利要求限制为含有仅仅一个这样的陈述的发明，即使同一个权利要求包括引导性的短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一(a)”或“一(an)”的不定冠词(例如“一(a)”和/或“一(an)”通常应该被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；这也适用于用于引入权利要求陈述的定冠词的使用。此外，即使明确地陈述了特定数量的引入的权利要求陈述，本领域的技术人员将认识到，这样的陈述应通常被解释为意指至少所陈述的数量(例如，没有其他修饰语的“两个陈述”的裸陈述通常意指至少两个陈述或两个或多个陈述)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的约定的那些情况下，通常这样的结构在本领域的技术人员将理解该约定的意义上被规定(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不局限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的约定的那些情况下，通常这样的结构在本领域的技术人员将理解该约定的意义上被规定(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不局限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员将进一步理解，提出两个或多个可选的术语的实质上任何反意词和/或短语无论在说明书、权利要求还是附图中都应该被理解为设想包括术语中的一个、术语中的任一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将通常被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
关于所附的权利要求，本领域的技术人员将理解，在其中陈述的操作通常可以按任何顺序执行。这样的交替排序的例子包括重叠、交错、中断、重新排序、递增、预备、补充、同时、反转或其他变化的排序，除非上下文另外指示。关于上下文，甚至像“响应于”、“关于”或其他过去时态的形容词的术语通常不是用来排除这样的变化形式，除非上下文另外指示。
虽然本文已经公开了不同方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对于本领域的技术人员将是明显的。本文公开的不同方面和实施方式是为了说明的目的并且没有规定为是限制性的，真正的范围和精神由下面的权利要求指示。

Claims (86)

1.一种核裂变爆燃波反应堆，包括：
反应堆容器；
反应堆芯组件，其被布置在所述反应堆容器中并具有布置在其中的核裂变燃料材料；以及
至少一个主热管，其被布置成与所述核裂变燃料材料热相通。
2.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管被布置在所述核裂变燃料材料的外部。
3.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的至少一部分被布置在所述核裂变燃料材料的一部分中。
4.如权利要求3所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的所述至少一部分由在所述核裂变燃料材料的所述部分中界定的腔界定。
5.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，核裂变燃料材料被布置在所述至少一个主热管的至少一部分中。
6.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管包括：
蒸发段，其被布置成与所述核裂变燃料材料热相通；以及
冷凝段。
7.如权利要求6所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管还包括绝热段。
8.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括被布置成与所述至少一个主热管热相通的至少一个散热器。
9.如权利要求8所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的外部布置的外部散热器。
10.如权利要求8所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的内部布置的内部散热器。
11.如权利要求6所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括被布置成与所述至少一个主热管的所述冷凝段热相通的至少一个散热器。
12.如权利要求11所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的外部布置的外部散热器。
13.如权利要求11所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的内部布置的内部散热器。
14.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括与所述至少一个主热管热相通的至少一个次热管。
15.如权利要求14所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括被布置成与所述至少一个次热管热相通的至少一个散热器。
16.如权利要求6所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括至少一个次热管，所述至少一个次热管包括：
蒸发段，其被布置成与所述至少一个主热管的所述冷凝段热相通；以及
冷凝段。
17.如权利要求16所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述次热管还包括绝热段。
18.如权利要求16所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置在耦合设备中。
19.如权利要求18所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述耦合设备包括热耦合介质。
20.如权利要求18所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置成彼此相邻。
21.如权利要求20所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置成彼此横向地相邻。
22.如权利要求20所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置成彼此径向地相邻。
23.如权利要求22所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段被径向地布置在所述次蒸发段内。
24.如权利要求22所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述次蒸发段被径向地布置在所述主冷凝段内。
25.如权利要求16所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括被布置成与所述至少一个次热管的所述冷凝段热相通的至少一个散热器。
26.如权利要求1所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管包括毛细管结构。
27.如权利要求26所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述毛细管结构包括在所述至少一个主热管内界定的多个槽。
28.如权利要求26所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述毛细管结构包括灯芯。
29.如权利要求28所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述灯芯由选自钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和耐火金属的材料制成。
30.如权利要求26所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管还包括工作流体。
31.如权利要求30所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述工作流体是可蒸发的和可冷凝的。
32.如权利要求31所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述工作流体包括选自Li7、钠和钾的流体。
33.一种核裂变爆燃波反应堆，包括：
反应堆容器；
反应堆芯组件，其被布置在所述反应堆容器中并具有布置在其中的核裂变燃料材料；
至少一个主热管，其被布置成与所述核裂变燃料材料热相通；以及
至少一个散热器，其被布置成与所述至少一个主热管热相通。
34.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的外部布置的外部散热器。
35.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的内部布置的内部散热器。
36.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管被布置在所述核裂变燃料材料的外部。
37.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的至少一部分被布置在所述核裂变燃料材料的一部分中。
38.如权利要求37所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的所述至少一部分由在所述核裂变燃料材料的所述部分中界定的腔界定。
39.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，核裂变燃料材料被布置在所述至少一个主热管的至少一部分中。
40.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管包括：
蒸发段，其被布置成与所述核裂变燃料材料热相通；以及
冷凝段。
41.如权利要求40所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管还包括绝热段。
42.如权利要求40所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器被布置成与所述至少一个主热管的所述冷凝段热相通。
43.如权利要求42所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的外部布置的外部散热器。
44.如权利要求42所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个散热器包括在所述反应堆容器的内部布置的内部散热器。
45.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管包括毛细管结构。
46.如权利要求45所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述毛细管结构包括在所述至少一个主热管内界定的多个槽。
47.如权利要求45所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述毛细管结构包括灯芯。
48.如权利要求47所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述灯芯由选自钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和耐火金属的材料制成。
49.如权利要求33所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管包括工作流体。
50.如权利要求49所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述工作流体是可蒸发的和可冷凝的。
51.如权利要求50所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述工作流体包括选自Li7、钠和钾的流体。
52.一种核裂变爆燃波反应堆，其包括：
反应堆容器；
反应堆芯组件，其被布置在所述反应堆容器中并具有布置在其中的核裂变燃料材料；以及
至少一个主热管，其被布置成与所述核裂变燃料材料热相通；
至少一个次热管，其与所述至少一个主热管热相通；以及
至少一个散热器，其被布置成与所述至少一个次热管热相通。
53.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管被布置在所述核裂变燃料材料的外部。
54.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的至少一部分被布置在所述核裂变燃料材料的一部分中。
55.如权利要求54所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的所述至少一部分由在所述核裂变燃料材料的所述部分中界定的腔界定。
56.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，核裂变燃料材料被布置在所述至少一个主热管的至少一部分中。
57.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管和所述至少一个次热管每个包括：
蒸发段；以及
冷凝段。
58.如权利要求57所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管还包括主绝热段。
59.如权利要求57所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个次热管还包括次绝热段。
60.如权利要求57所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管的所述蒸发段被布置成与所述核裂变燃料材料热相通。
61.如权利要求57所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个次热管的所述蒸发段被布置成与所述至少一个主热管的所述冷凝段热相通。
62.如权利要求61所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置在耦合设备内。
63.如权利要求62所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述耦合设备包括热耦合介质。
64.如权利要求62所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置成彼此相邻。
65.如权利要求64所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置成彼此横向地相邻。
66.如权利要求64所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段和所述次蒸发段被布置成彼此径向地相邻。
67.如权利要求66所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述主冷凝段被径向地布置在所述次蒸发段内。
68.如权利要求66所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述次蒸发段被径向地布置在所述主冷凝段内。
69.如权利要求57所述的核裂变爆燃波反应堆，其中所述至少一个散热器被布置成与所述至少一个次热管的所述冷凝段热相通。
70.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管和所述至少一个次热管包括毛细管结构。
71.如权利要求70所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述毛细管结构包括多个槽。
72.如权利要求70所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述毛细管结构包括灯芯。
73.如权利要求72所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述灯芯由选自钍、钼、钨、钢、钽、锆、碳和耐火金属的材料制成。
74.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个主热管和所述至少一个次热管包括工作流体。
75.如权利要求74所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述工作流体是可蒸发的和可冷凝的。
76.如权利要求75所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述工作流体包括选自Li7、钠和钾的流体。
77.如权利要求52所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括在所述反应堆容器的内部布置的至少一个内部散热器，所述至少一个内部散热器被布置成与所述至少一个主热管热相通。
78.一种核裂变爆燃波反应堆，其包括：
反应堆容器；
反应堆芯组件，其被布置在所述反应堆容器中，所述反应堆芯组件具有布置在其中的核裂变燃料材料；
至少一个内部热管，其被布置成与所述核裂变燃料材料热相通；以及
至少一个内部散热器，其被布置在所述反应堆容器的内部，所述至少一个内部散热器被布置成与所述至少一个内部热管热相通。
79.如权利要求78所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述反应堆容器界定进入孔，使得所述至少一个内部散热器通过所述进入孔是可接近的。
80.如权利要求79所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述至少一个内部散热器包括处理台。
81.如权利要求80所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述处理台包括热处理台。
82.如权利要求80所述的核裂变爆燃波反应堆，其中，所述处理台包括退火台。
83.如权利要求78所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括被布置成与所述核裂变燃料材料热相通的至少一个主热管。
84.如权利要求83所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括在所述反应堆容器的外部布置的至少一个外部散热器，所述至少一个外部散热器被布置成与所述至少一个主热管热相通。
85.如权利要求83所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括被布置成与所述至少一个主热管热相通的至少一个次热管。
86.如权利要求85所述的核裂变爆燃波反应堆，还包括在所述反应堆容器的外部布置的至少一个外部散热器，所述至少一个外部散热器被布置成与所述至少一个次热管热相通。
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