CN102804282A - 行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法 - Google Patents

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Abstract

一种行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法。在行波核裂变反应堆中，核裂变反应堆燃料组件包含多根核裂变燃料棒，多根核裂变燃料棒暴露给爆燃波燃烧波前端，该爆燃波燃烧波前端接着行进通过燃料棒。通过多个可移动中子吸收结构控制过剩反应，该多个可移动中子吸收结构有选择地插入燃料组件中和从燃料组件中拔出以便控制过剩反应，因此控制燃烧波前端的位置、速度和形状。控制燃烧波前端的位置、速度和形状来管理燃料组件结构材料接受的中子注量，以便降低温度和对结构材料的辐射损伤的风险。

Description

行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法
交叉参考相关申请
本申请涉及如下所列申请(“相关申请”)以及要求从如下所列申请中获得最早可用有效申请日的权益(例如，要求非临时专利申请的最早可用优先权日，或要求临时专利申请、相关申请的任何和所有父代、祖父代、曾祖父代等申请基于35USC§119(e)的权益)。相关申请以及相关申请的任何和所有父代、祖父代、曾祖父代等申请的所有主题内容以这样的主题内容不会与本文的主题内容相抵触的程度通过引用并入本文中。
相关申请
根据美国专利商标局(USPTO)的附加法定要求，本申请构成2009年4月6日提交的、发明人为Charles E.Ahlfeld、John Rogers Gilleland、RoderickA.Hyde、Muriel Y.Ishikawa、David G.McAlees、Nathan P.Myhrvold、CharlesWhitmer、Lowell L.Wood，Jr.和George B.Zimmerman、和发明名称为“ATRAVELING WAVE NUCLEAR FISSION REACTOR，FUEL ASSEMBLY，AND METHOD OF CONTROLLING BURNUP THEREIN(行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法)”的美国专利申请第12/384,669号的部分继续申请，该申请当前同时待审，或者是给予当前同时待审申请以申请日的权益的申请。
美国专利商标局(USPTO)已经发布了内容是USPTO的计算机程序要求专利申请人引用序号并指示申请是继续申请还是部分继续申请的公告。有关细节请参阅可在http://www.uspto.gov/web/offices/com/sol/og/2003/week11/patbene.htm.上查到的文章，Stephen G.Kunin，Benefit of Prior-FiledApplication，USPTO Official Gazette March 18，2003。本申请人实体(下文称为“申请人”)在上面已经提供了如法规所述要求其优先权的申请的特定引用。本申请人理解，该法规在其特定引用语言上是明确的，不需要序号或像“继续”或“部分继续”那样的任何表征来要求美国专利申请的优先权。尽管如上文所述，但本申请人理解，USPTO的计算机程序有某些数据输入要求，因此本申请人将本申请指定成如上所述它的父代申请的部分继续，但应明确指出，这样的指定决不能理解成除了其父代申请的主题之外，本申请是否包含某新主题的任何类型的注释和/或承认。
技术领域
本申请一般涉及核反应的控制，尤其涉及行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法。
背景技术
众所周知，在正在运行的核裂变反应堆中，已知能量的中子被具有大原子质量的核素吸收。所产生的复合核分解成包括两个较小原子质量裂变碎片的裂变产物以及衰变产物。已知通过所有能量的中子经受这样的裂变的核素包括铀-233，铀-235和钚-239，它们都是可裂变核素。例如，动能为0.0253eV(电子伏特)的热中子可用于使U-235原子核裂变。作为可增殖核素的钍-232和铀-238将不经受诱发裂变，除非利用动能为至少1MeV(兆电子伏特)的快中子。从每个裂变事件中释放的总动能是大约200MeV。这种动能最终转化成热。
此外，从初始中子源开始的裂变过程释放出额外的中子，并且将动能转化成热。这导致了伴随着持续能量释放的自持链式裂变反应。
在1963年6月11日以Richard F.Post等人的名字颁发和发明名称为“Traveling Wave Pyrotron(行波磁镜热核装置)”的美国专利第3,093,569号中公开了连续运行的行波磁镜热核装置。这个专利公开了提高等离子体的能量和密度以及在其中进行核反应的连续运行反应堆或设备。该发明的目的是提供应用电磁行波来实现各个约束区内、每个随时间沿着机器行进的带电粒子的俘获、加热和能量回收的磁镜热核装置。但是，这个专利似乎未公开如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。
1974年3月6日以David L.Fischer等人的名字颁发和发明名称为“Reactivity And Power Distribution Control Of Nuclear Reactor(核反应堆的反应和功率分布控制)”的美国专利第3,799,839号公开了在核反应堆堆芯的运行循环期间，控制预定量过剩反应和保持恒定或静态功率分布的可燃抑制剂的空间分布、数量、密度和配置。按照这个专利，该发明的目的是提供在运行循环的整个周期内在核反应堆堆芯中将提供基本静态功率分布的堆芯中可燃抑制剂的装置。此外，按照这个专利，其它目的是依照该发明，通过确定对运行循环的一致功率和伴随反应分布来达到的：通过确定导致的过剩局部反应，以及通过提供在运行循环的整个周期内在空间分布、数量、密度和配置方面与过剩局部反应的变化基本匹配的可燃抑制剂。但是，这个专利似乎未公开如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。
1970年1月13日以Jean Paul Van Dievoet等人的名字颁发和发明名称为“Method of Pulsating or Modulating a Nuclear Reactor(使核反应堆脉动或调节核反应堆的方法)”涉及使核反应堆的运行脉动或调节核反应堆的运行的方法。这个专利公开了通过周期性地改变中子通量密度调节反应堆。按照这个专利，通过在反应堆的核裂变区以外的地方，移动至少在某些位置上，包含一定数量中子活性物质的一种或多种结构，从而取决于结构的速度，调整从反应堆堆芯发出的中子流，来控制核反应堆的运行。如此从外部调整反应堆系统的反应的中子活性材料的样品，可以是像可裂变材料、反射体材料或其它中子影响物质那样的中子生成和/或中子影响材料。但是，这个专利似乎未公开如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。
上文所列举的现有技术似乎没有一个公开了如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。
因此，所需要的是如本文所述和要求保护的行波核裂变反应堆、燃料组件、和控制其中燃耗的方法。
发明内容
按照本公开的一个方面，提供了一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，其包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量。
按照本公开的另一个方面，提供了一种在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的方法，其包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端(burnfront)。
按照本公开的进一步方面，提供了一种行波核裂变反应堆，其包含核反应堆堆芯；以及布置在该反应堆堆芯中的核裂变反应堆燃料组件，该核裂变反应堆燃料组件被配置成使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
按照本公开的另外方面，提供了一种行波核裂变反应堆，其包含能够在其中产生燃烧波前端的核反应堆堆芯；布置在该反应堆堆芯中的核裂变反应堆燃料组件；布置在该核裂变反应堆燃料组件中的中子相互作用材料；以及配置成响应与燃烧波前端相关联的参数控制核相互作用材料的布置的控制系统。
按照本公开的再一个方面，提供了能够控制其中燃耗的行波核裂变反应堆，其包含反应堆压力容器；密封地布置在该压力容器中的核裂变反应堆燃料组件，该核裂变反应堆燃料组件包括按预定装载模式安排的中子相互作用材料；以及能够布置成与该中子相互作用材料中子连通(communication)的可拆除核裂变点火器，该核裂变点火器能够将行进通过该中子相互作用材料的爆燃波燃烧波前端点火。
本公开的特征是提供控制棒、反射体或中子发射材料形式的中子吸收材料或提高相对于爆燃波燃烧波前端的位置上的吸收的其它吸收材料。
除了上文之外，在本公开的像文字部分(例如，权利要求书和/或详细描述)那样和/或附图的教导中展示和描述了各种其它方法和/或设备方面。
上文是一个总结，因此可能包含细节的简化、概括、蕴含、和/或省略；因此，本领域的技术人员将懂得，该总结只是例示性的，而决不是打算限制性的。除了上述的例示性方面、实施例、和特征之外，通过参考附图和如下详细描述，进一步的方面、实施例、和特征将变明显。
附图说明
虽然本说明书以特别指出和不同地声明本公开的主题的权利要求书作为结论，但相信本公开可以从结合附图所作的如下详细描述中得到更好理解。另外，用在不同图形中的相同符号通常表示相似或相同项目。
图1是核裂变反应堆装置的局部正面图；
图2是示出随中子能量而变的截面的曲线图；
图3是示出随中子能量而变的截面以及那些随中子能量而变的截面的比值的曲线图；
图4是核裂变反应堆燃料组件的一般表示的局部正面图；
图5是核燃料棒的局部垂直剖面图；
图6是控制棒的局部垂直剖面图；
图7是反射体棒的局部垂直剖面图；
图8是第一实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了由点火器点火的两个相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端以及示出了第一燃料装载模式；
图9是半个第一实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了两个相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一；
图10是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第一控制函数，这个第一控制函数对应于第一实施例燃料组件的第一燃料装载模式；
图11是半个第二实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一以及示出了第二燃料装载模式；
图12是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第二控制函数，这个第二控制函数对应于第二实施例燃料组件的第二燃料装载模式；
图13是半个第三实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一以及示出了第三燃料装载模式；
图14是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第三控制函数，这个第三控制函数对应于第三实施例燃料组件的第三燃料装载模式；
图15是半个第四实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一以及示出了第四燃料装载模式；
图16是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第四控制函数，这个第四控制函数对应于第四实施例燃料组件的第四燃料装载模式；
图17是半个第五实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一以及示出了第五燃料装载模式；
图18是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第五控制函数，这个第五控制函数对应于第五实施例燃料组件的第五燃料装载模式；
图19是半个第六实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一以及示出了第六燃料装载模式；
图20是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第六控制函数，这个第六控制函数对应于第六实施例燃料组件的第六燃料装载模式；
图21是半个第七实施例燃料组件的水平剖面图，这个视图示出了相对放置并对称的爆燃波燃烧波前端之一以及示出了第七燃料装载模式；
图22是示出包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比的第七控制函数，这个第七控制函数对应于第七实施例燃料组件的第七燃料装载模式；
图23是例示爆燃波燃烧波前端速度和反向燃耗百分比对于波控制函数的程度之间的线性关系的曲线图；
图23A是示出包含随相对于点火器的距离而变的中子通量的中子通量示范性空间分布的曲线图，该空间分布代表基于示范性控制函数的燃烧波前端；
图23B是示出与显示在图23A中的空间分布相对应的控制函数的曲线图，这个曲线图包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比；
图23C是示出包含随相对于点火器的距离而变的中子通量的中子通量示范性空间分布的曲线图，该空间分布代表基于示范性控制函数的燃烧波前端；
图23D是示出与显示在图23C中的空间分布相对应的控制函数的曲线图，这个曲线图包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比；
图23E是示出包含随相对于点火器的距离而变的中子通量的中子通量示范性空间分布的曲线图，该空间分布代表燃烧波前端；
图23F是示出与显示在图23E中的空间分布相对应的控制函数的曲线图，这个曲线图包含随相对于点火器的距离而变的控制棒插入百分比；以及
图24-65是在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法的流程图。
具体实施方式
在如下详细描述中，将参考形成其一部分的附图。在这些附图中，相似的符号通常表示相似的部件，除非上下文另有规定。描述在详细描述、附图和权利要求书中的例示性实施例并不意味着限制本发明的范围。可以不偏离本文展示的主题的精神或范围地利用其它实施例，以及可以作出其它改变。
另外，为了清晰地展示起见，本申请使用了形式上的概括性标题。但是，应该明白，这些概括性标题用于展示的目的，可以在整个申请中讨论不同类型的主题(例如，可以在过程/操作标题下讨论描述设备/结构和/或可以在结构/过程标题下讨论过程/操作；和/或单个话题的描述可以跨越两个或更多个话题标题)。因此，形式上的概括性标题的使用决不是打算限制本发明的范围。
此外，本文所述的主题有时例示了包含在其它不同部件中，或与其它不同部件连接的不同部件。应该明白，这样描绘的架构仅仅是示范性的，事实上，可以实现许多实现相同功能的其它架构。从概念上来讲，有效地“关联”实现相同功能的部件的任何安排，以便实现所希望功能。因此，本文组合在一起实现特定功能的任何两个部件可以看作相互“关联”，使得与架构或中间部件无关地实现所希望功能。同样，如此关联的任何两个部件也可以视作实现所希望功能的相互“可操作地连接”或“可操作地耦合”，以及能够如此关联的任何两个部件也可以视作实现所希望功能的相互“可操作耦合”。可操作耦合的特例包括(但不局限于)物理上可配对和/或物理上相互作用部件、可无线相互作用和/或无线相互作用部件、和/或逻辑上相互作用和或/逻辑上可相互作用部件。
在一些情况下，一个或多个部件在本文中可能被称为“配置成”，“可配置成”，“可操作/操作”，“适用于/可适用于”，“能够”，“可依照/依照”等。本领域的普通技术人员应该认识到，“配置成”一般可以包含活动状态部件和/或非活动状态部件和/或等待状态部件，除非上下文另有要求。
一些关于本文公开的各种实施例的考虑通过概述给出，但不应该理解成限制性的。此外，本文公开的一些实施例反映了下面所讨论的所有考虑的实现。另一方面，本文公开的一些其它实施例反映了所选考虑的实现，而无需包罗下文所讨论的所有考虑。如下讨论的各个部分包括从如下论文中摘录的信息：“Completely Automated Nuclear Power Reactors for Long-Term Operation：III.Enabling Technology For Large-Scale，Low-Risk，Affordable NuclearElectricity”，Edward Teller，Muriel Ishikawa，Lowell Wood，Roderick Hyde，andJohn Nuckolls，Workshop of the Aspen Global Change Institute，University ofCalifornia Lawrence Livermore National Laboratory publication UCRL-JRNL-122708(2003)，July 2003(此论文准备提交给Energy，The International Journal，30 November 2003，在此通过引用并入其全部内容)。
如前所述，对于导致裂变事件的被可裂变核素吸收的每个中子，释放出不止一个中子，直到可裂变原子核耗尽。这种现象用于商业核反应堆中，以产生连续热量，其又有益地用于发电。
但是，设计和运行反应堆时的一个考虑是由“峰”温度(即热通道峰值因子)造成的对反应堆结构材料的热损伤，这个“峰”温度是由反应堆中的不均衡中子通量、冷却剂流、燃料成分和功率分布综合引起的。若峰温度超过材料极限就造成热损伤。这可以与燃耗的程度(即每单位燃料质量生成的能量累积量)无关地发生，燃耗的程度通常用兆瓦天每公吨重金属燃料(MWd/MTHM)或千兆瓦天每公吨重金属燃料(GWd/MTHM)的单位表达。“反应性变化”(即，反应堆的响应性的变化)可以因燃料燃耗而发生。具体地说，“反应性变化”与反应堆产生比保持临界链式反应的确切数量多或少的中子的相对能力有关。反应堆的响应性通常表征成使反应堆的功率成指数增大或减小的反应性变化的时间导数，其中时间常数被称为反应堆周期。关于这方面，由中子吸收材料制成的控制棒通常用于调整和控制变化反应性和反应堆响应性。将这样的控制棒来回插入反应堆堆芯中和从反应堆堆芯中拔出，以便可变地控制中子吸收，因此在堆芯中控制中子通量水平和反应性。中子通量水平在控制棒附近降低，而在远离控制棒的区域中可能较高。因此，中子通量在整个反应堆堆芯中是不均匀的。这导致了在通量较高的那些区域中燃料燃耗较高。此外，核能发电领域的普通技术人员可懂得，通量和功率密度变化是由许多因素造成的。离控制棒远近可能是也可能不是主要因素。例如，通量通常在附近没有控制棒的堆芯边界上显著下降。这些效应又可能引起通量较高的那些区域过热或高温。这样的峰温度可能通过改变结构的机械性质而非所希望地缩短了经受这样峰温度的结构的运行寿命。此外，与中子通量和可裂变燃料浓度的乘积成比例的反应堆功率密度，受堆芯结构材料不受损伤地承受这样高温的能力限制。因此，所希望的是避免由高燃料燃耗引起的高温造成的结构损伤。
设计和运行反应堆时的另一个考虑是由高燃料燃耗引起的对包含在核反应堆堆芯中的结构材料的辐照损伤。这样的辐照损伤可以用每原子位移(DPA)的术语来表达，DPA包括关于材料(即，位移原子)的响应、以及材料遭受的快中子注量的信息。DPA与燃耗成比例，并且是辐射损伤的计算的、代表性度量，其不仅要考虑辐照的剂量和类型，而且还包括材料对辐照的响应的度量。关于这方面，用在反应堆堆芯结构中的一些结构材料，当暴露在在裂变过程期间释放的中子中时可能变脆。所希望的是使这样对反应堆结构材料的辐照损伤保持在已知极限内，以便保证反应堆的结构完整性和安全运行。
因此，参照图1，只作为例子而非限制性地，图1示出了统称为10、解决上文列举的问题的核裂变反应堆装置。核裂变反应堆装置10产生要在多条传输线(未示出)上传输的电力。反应堆装置10可以替代性地用于进行确定中子通量对反应堆材料的影响的测试。
再次参照图1，反应堆装置10包含统称为20的核裂变反应堆，核裂变反应堆20包括布置在反应堆压力容器40内、统称为30的多个通用核裂变反应堆燃料组件(只示出其中之一)，反应堆压力容器40又可以容纳在外壳结构(未示出)内。只例示性而非限制性地，下文公开通用燃料组件30的示范性实施例。通用燃料组件30可以被中子倍增剂或反射体材料(未示出)和辐射屏蔽层(也未示出)包围着。在这种情况下，反射体材料减少从燃料组件30的中子泄漏。反射体材料的附加功能是显著减少燃料组件30的外部(如它的辐射屏蔽层、结构支承件和外壳结构)接受的快中子注量。它还影响通用燃料组件30的性能，以便提高通用燃料组件30的最外部中的再生效率和功率系数(specific power)。另一方面，辐射屏蔽层进一步保护生物圈免受从通用燃料组件30中无意释放的辐射影响。
还再次参照图1，主冷却剂回路50将热量从通用燃料组件30传送到蒸汽生成热交换器60。主回路50可以由像不锈钢那样的任何合适材料制成。因此，如果需要的话，主回路50可以由铁合金、有色金属合金、锆基合金或其它结构材料或复合材料制成。主回路50传送的冷却剂可以是惰性气体或其混合物。可替代的是，冷却剂可以是像水(H2O)或气态或超临界二氧化碳(CO2)那样的其它流体。作为另一个例子，冷却剂可以是像钠(Na)或铅(Pb)那样的液态金属或像铅-铋(Pb-Bi)那样的合金。并且，冷却剂可以是像聚苯或碳氟化合物那样的有机冷却剂。随着主回路50传送的冷却剂通过蒸汽生成热交换器60，冷却剂将它的热量放给驻留在热交换器60中的工作流体(未示出)。当工作流体是水时，工作流体将蒸发成蒸汽。在这种情况下，蒸汽行进到与主回路50隔离并与涡轮发电机组80A和80B耦合的副回路70中。因此，热交换器60将热量转移给热交换器60和副回路70中的工作流体，以便生成作为使涡轮发电机组80A和80B旋转的工作流体提供的蒸汽。涡轮发电机组80A和80B以蒸汽发电领域的普通技术人员所十分了解的方式随着其旋转而发电。可以将冷凝器90适当地与涡轮发电机组80A和80B耦合，以便将从涡轮发电机组80A和80B中排出的蒸汽从蒸气状态冷凝到液体状态。
再次参照图1，将泵100与副回路70耦合，并且与副回路70传送的工作流体流体连通，以便将液化的工作流体从冷凝器90抽运到热交换器60。此外，将泵110与主回路50耦合，并且与主回路50传送的反应堆冷却剂流体连通，以便抽运反应堆冷却剂通过主回路50。主回路50将反应堆冷却剂从通用燃料组件30传送到热交换器60。此外，主回路50将冷却剂从热交换器60传送到压力容器40。泵110使反应堆冷却剂循环通过包括通用燃料组件30和热交换器60的主回路50，以便在反应堆运行期间带走燃料组件30生成的热量，或在反应堆20未运行期间带走残余衰变热。从通用燃料组件30中带走热量降低了极不希望有的通用燃料组件30过热的风险。
现在参照图2和3，通用燃料组件30适当利用快中子谱，因为超热到热中子的裂变产物的大吸收截面因裂变产物的中子吸收，在以铀为燃料的实施例中，不允许利用多于小量的钍或更丰铀同位素U238。
从图2中可以最佳地看出，以Th232为燃料实施例的感兴趣的占主导中子驱动核反应的截面画在中子能量范围10-3-107eV上。可以看出，裂变产物核的辐射俘获造成的损失在近热(约0.1eV)能量上支配着中子的有效利用，但在共振俘获区(约3到300eV之间)上相对可忽略不计。因此，试图实现高增益转换到裂变再生反应堆时利用快中子谱的运行可以有助于排除运行期间累积在堆芯中的裂变产物造成的中子损失。所示的裂变产物的辐射俘获截面是经历随后β衰变到可忽略不计程度的由快中子诱发裂变引起的中等Z核的那些辐射俘获截面。通用燃料组件30的实施例的燃烧波的中心部分中的那些将经历某种衰变，因此将具有更高一点的中子亲和力(avidity)。但是，参数研究表明，堆芯燃料燃烧结果可能对这样衰减的精确程度不敏感。
在图3中，在图3的上部，将以Th232为燃料实施例的主要感兴趣的占主导中子驱动核反应的截面画在＞104与＜106.5eV之间的中子能量范围的最感兴趣部分上。通用燃料组件30的实施例的中子谱的峰位在≥105eV中子能区中。图3的下部包含这些随中子能量而变的截面与Th232的中子辐射俘获的截面的比值，即，转换到裂变再生步骤(因为所得Th233与基于U238的中子俘获的U239-Np239-Pu239β衰变链类似，迅速地β衰变到Pa233，然后相对缓慢地β衰变到U233)。因此，可以看出，裂变产物的辐射俘获造成的损失对于具有快中子谱的反应堆相对达到最小。
现在转到图4和5，通用燃料组件30包含可以采用按预定燃料装载模式安排的多根细长核裂变反应堆燃料棒150(只示出了其中一些)的形式的可增殖和/或可裂变材料。下文公开通用燃料组件30的示范性实施例。燃料棒150密封地包含在防漏外壳155内。每根燃料棒150含有布置在其中的核燃料160，该核燃料160被燃料棒包壳材料170密封地包围着。燃料组件30的平均燃耗值受包壳材料170限制，包壳材料170是燃料组件30内的最相干结构材料。核燃料160包含像铀-235、铀-233或钚-239那样的上述可裂变核素。可替代的是，核燃料160可以包含像钍-232和/或铀-238那样的上述可增殖核素，它们在裂变过程中蜕变成上文刚提到的可裂变核素。进一步的可替代实施例是，核燃料160可以包含可裂变核素和可增殖核素的预定混合物。只作为例子而非限制性地，核燃料160可以由从基本上由如下组成的群组中选择的氧化物制成：一氧化铀(UO)、二氧化铀(UO2)、二氧化钍(ThO2)(也称为氧化钍)、三氧化铀(UO3)、氧化铀-氧化钚(UO-PuO)、八氧化三铀(U3O8)及其混合物。可替代的是，核燃料160可以主要包含与像(但不局限于)合金的或非合金的锆或钍金属那样的其它材料合金的铀。作为另外的可替代实施例，核燃料160可以主要包含铀的碳化物(UCx)或钍的碳化物(ThCx)。例如，核燃料160可以由从基本上由如下组成的群组中选择的碳化物制成：一碳化铀(UC)、二碳化铀(UC2)、三碳化二铀(U2C3)、二碳化钍(ThC2)、碳化钍(ThC)及其混合物。作为另一个非限制性例子，核燃料160可以由从基本上由如下组成的群组中选择的氮化物制成：氮化铀(U3N2)、氮化铀-氮化锆(U3N2Zr3N4)、氮化铀钚((U-Pu)N)、氮化钍(ThN)、铀-锆合金(UZr)及其混合物。密封地包围核燃料160的燃料棒包壳材料170可以是已知抗腐蚀和抗破裂的像ZIRCOLOYTM(西屋电气公司(Westinghouse ElectricCorporation)的注册商标)那样的适当锆合金。包壳材料170也可以是像铁素体马氏体钢那样的其它材料。
参照图4和6，通用燃料组件30进一步包含可以采用具有相关控制棒包壳190的多根细长中子吸收或控制板180(只示出了其中一些)的形式的中子吸收材料。控制棒180能够将负反应引入通用燃料组件30中。控制棒180可以是“部分长度”控制棒192(只示出了其中一些)和/或“全长”控制棒194(只示出了其中一些)的形式。全长控制棒194被适当地放置成与燃料棒150平行，当完全插入外壳155中时，沿着燃料棒150的整个长度延伸。部分长度控制棒192也被适当地放置成与燃料棒150平行，但当完全插入外壳155中时，不沿着燃料棒150的整个长度延伸。取决于燃料组件的中子通量成形设计要求，可以存在任何数量的这样部分长度和全长控制棒。全长控制棒192的用途是像在反应堆装置10退役之前那样，降低处在通用燃料组件30中的裂变过程的速率或停止处在通用燃料组件30中的裂变过程。此外，控制棒和/或燃料棒配置可以偏离上文刚提到的经典棒状组件类配置。例如，可以使用板状燃料。另外，燃料棒可以与燃烧方向垂直(或成任何其它角度)。
仍然参照图4和6，每根控制棒180包含具有可接受大中子俘获截面的适当中子吸收材料200。关于这方面，吸收材料200可以是从基本上由如下组成的群组中选择的金属或准金属：锂、银、铟、镉、硼、钴、铪、镝、钆、钐、铒、铕及其混合物。可替代的是，吸收材料200可以是从基本上由如下组成的群组中选择的化合物或合金：银铟镉合金、碳化硼、二硼化锆、二硼化钛、二硼化铪、钛酸钆、钛酸镝及其混合物。另外，已经燃烧过和具有高裂变产物浓度的燃料棒可以用作控制棒的一部分。只作为例子而非限制性地，每根这样的控制棒180是，例如，像在制造通用燃料组件30期间那样，事先固定在通用燃料组件30内的多根控制棒导管(未示出)的可在内部垂直滑动的各自一根。部分长度控制棒194的用途是细调通用燃料组件30内的中子通量，以便在通用燃料组件30内实现燃料的更精确燃耗。
再次参照图4和6，控制棒180是像通过受控制器(未示出)控制的多个驱动电机210的各自一个那样，可有选择操作的。每个驱动电机210在将电力供应给电机210时，与它的各自控制棒180啮合，而在像发生断电事故期间那样，未将电力供应给电机210时，适当地与控制棒脱离。因此，如果发生断电事故，电机210将与控制棒180脱离，以便控制棒180在重力作用下沿着前述导管的内部垂直滑落到通用燃料组件30中。这样，控制棒180将可控制地将负反应供应给通用燃料组件30。因此，在发生断电事故的情况下，无需反应堆操作人员控制或干预，通用燃料组件30通过控制棒180来提供反应管理能力。
参照图7，通用燃料组件30可以进一步包含可以采用密封地容纳在反射体棒包壳230内的多根细长中子反射体棒220的形式的中子倍增剂或反射体。反射体棒220使中子弹性散射，因此意味着“反射”中子。由于这样的中子弹性散射，反射体棒220能够通过减少从通用燃料组件30的中子泄漏，将正反应引入燃料组件30中。关于这方面，每根反射体棒220包含具有适当中子散射概率的适当中子反射体材料240。关于这方面，反射体棒240可以是从基本上由如下组成的群组中选择的材料：铍(Be)、铅合金、钨(W)、钒(V)、贫化铀(U)、钍(Th)及其混合物。反射体棒240也可以从多种多样的钢合金中选择。应该懂得，拟用在通用燃料组件30中的可裂变和可增殖材料也具有大弹性散射截面。
返回到图4，通用燃料组件30进一步包含沿着垂直轴247a适当地放置在外壳155的中心上、包括非限制性地像U233、U235或Pu239那样的可核裂变材料的适中浓缩同位素的相对较小和可拆除核裂变点火器245。如果需要的话，点火器245可以放置在外壳155的端部，而不是放置在外壳155的中心上。点火器245释放出中子。点火器245释放的中子被燃料棒150内的可裂变和/或可增殖材料俘获，点火前述的链式裂变反应。如果需要的话，一旦链式反应变成自持的，就可以拆除点火器245。
应该明白，本文的教导描述了行波核裂变反应堆。在2006年11月28日以Roderick A.Hyde等人的名字提交和发明名称为“Automated Nuclear PowerReactor For Long-Term Operation(长期运行的自动核动力反应堆)”的同时待审美国专利申请第11/605,943号中更详细地公开了这样行波核裂变反应堆的基本原理，该申请已转让给本申请的受让人，特此通过引用将其整个公开文本并入本文中。
参照图4，8和9，它们示出了统称为250的特定示范性第一实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第一实施例核裂变反应堆燃料组件250包含统称为260、拟定和调节第一实施例燃料组件250中的中子通量水平(即，中子布居)的第一装载模式。图中示出了点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)的第一装载模式260。术语“调节”在本文中被定义成作为时间、空间和/或能量的函数调整或改变中子通量水平的意思。调节中子通量水平来管理第一实施例燃料组件250中的反应。这样，使反应堆的一个区域的材料成分发生了改变。这导致了有效中子倍增因子keff的水平的变化，从而又导致了能量的变化(调节)。如前简述以及如当前所更详细公开，第一装载模式260生成使过剩反应累积在第一实施例燃料组件250中的爆燃波或“燃烧波前端”270。造成过剩反应有几个原因，一个原因是燃料再生的比燃烧的多。第一装载模式260在允许在燃烧波前端270的前面内和附近再生的同时，充分地在燃烧波前端270的后面(即，点火器245与燃烧波前端270之间的空间)平衡这种过剩反应。
参照图10，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第一实施例燃料组件250中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第一装载模式260相对应、统称为275的第一控制函数。从图10中可以看出，y轴是反射体棒插入的百分比(该值在燃烧波前端270之后是100％，而在燃烧波前端270的前面是0％)。x轴是以米为单位示出的相对于点火器245的距离。在例示在图10中的示范性实施例中，x轴具有约4米的长度。但是，这个距离可以是像4米那样的任何适当距离。这个特例示出了“极限”情况。例如，燃烧波前端270移动距离“x”，将反射体棒完全插入。然后，燃烧波前端270移动另一个距离“Δx”，将另一根反射体棒插入。所示的阶跃控制函数是“二元”情况。实际上，反应堆运行可以偏离阶跃函数。例如，与燃烧波前端270最接近的反射体棒可以在中途或50％位置上。如下文所述，第一控制函数275在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。应该懂得，改善稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过充分地在燃烧波前端270后面的控制材料的阶跃函数型分布建立起来。举例来说，万一在燃烧波前端270的前面反应速率降到所希望水平以下，控制函数响应就移去或重新定位燃烧波前端270后面的吸收剂，以便提高裂变速率。获取中子通量水平并重新调整控制函数，以再次保持所希望条件。通过移动与燃烧波前端270的前面较接近的阶跃函数吸收剂以便降低燃烧区裂变速率，也可以降低功率。在意外情形下，可以想象，通过将足够多的吸收剂放在整个燃烧波区中可以偏离阶跃函数配置。
再次参照图8，9和10，第一装载模式260包含如图所示，排列在燃烧波前端270的后面和以水平轴247b为中心的控制棒192/194。第一装载模式260进一步包含排列成两个组的燃料棒。第一组燃料棒280包括可裂变材料(本文称为“燃烧区”)，如下文所述，按预定第一组燃料棒模式排列在燃烧波前端270的后面和以轴247b为中心。燃烧区主要是可裂变材料，以及再生成它的一定百分比可增殖材料。第二组燃料棒290包括可增殖燃烧材料，如图所示，按预定第二组燃料棒模式排列在燃烧波前端270的前面和以轴247b为中心。术语“在燃烧波前端270的前面”被定义成传播燃烧波前端270与外壳155的端部之间的空间的意思。术语“在燃烧波前端270的后面”被定义成点火器270与燃烧波前端270之间的空间的意思。
仍然参照图8，9和10，当点火器245释放它的中子引起“点火”时，只作为例子而非限制性地，两个燃烧波前端270从点火器245到外壳155的端部迅速向外行进，以便形成相对传播波对。当发生这种情况时，随着燃烧波前端270从点火器245开始传播，进入基本上耗尽了可裂变燃料材料的第一组燃料棒280中，燃烧波前端270使过剩反应累积在第一实施例燃料组件250中。这往往使一些过剩反应处在燃烧波前端270的后面。这种结果是不希望有的，因为过剩反应使已经造成巨大燃耗的燃烧波前端270后面的区域中的燃料组件结构材料接受的中子注量增大。
再次参照图8，9和10，应该明白，在燃烧波前端270后面的第一组燃料棒280生成的中子通量通过在燃烧波前端的前沿使第二组燃料棒290中的可增殖燃料材料蜕变成可裂变燃料材料，在燃烧波前端270前面的第二组燃料棒290中再生可裂变燃料材料。在燃烧波前端的前沿使第二组燃料棒290中的可增殖燃料材料蜕变成可裂变燃料材料使燃烧波前端290沿着箭头295的方向前进。随着燃烧波前端290掠过给定质量的燃料，只要存在在可增殖核中经受辐射俘获的中子，就连续生成可裂变同位素。在反应堆内，对于给定时间和位置，生成可裂变同位素的速率可能超过由寄生俘获和裂变引起的可裂变同位素消耗的速率。另外，可增殖材料中的中子俘获导致以给定半衰期衰变成可裂变材料的中间同位素。因为波具有传播速度，所以在燃烧波前端270的后面会发生一定数量的中间同位素衰变。这些效应的综合结果是使在燃烧波前端270的后面保留和生成的反应加强。
因此，如图8，9和10所示，可以调节燃烧波前端270以便实现可变核裂变燃料燃耗。在这种类型的控制配置中，通过使吸收剂保持在燃烧波前端270的后面远至允许功率保持在恒定水平上的程度来提高传播速率。将吸收材料偏置在燃烧波前端270的后面不会减少可用于在燃烧波前端270的前面再生的中子数量地抵消了燃烧波前端270内过剩反应的累积。因此，为了在第一实施例燃料组件250中传播燃烧波前端270，如上所述，由点火器245点火燃烧波前端270，然后允许它传播。在一个实施例中，可主动控制控制棒192/194将非限制性地像Li6、B10或Gd那样的中子吸收剂插入燃烧波前端270后面的第一组燃料棒280中。假设波具有箭头295所指的传播方向，这样插入中子吸收剂相对于燃烧波前端270前面的第二组燃料棒290的中子反应，向下驱动或减弱了当前通过燃烧波前端270燃烧的第一组燃料棒280的中子反应。以这种方式控制反应提高了燃烧波前端270的传播速率，因此提供了将燃耗控制在传播所需的最小值和部分通过上面讨论的结构极限设置的较大值以上的手段。
参照图11，它示出了统称为300的示范性第二实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第二实施例燃料组件300包含统称为310、调节第二实施例燃料组件300中的中子通量水平的第二装载模式。图中示出了点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)的第二装载模式310。调节中子通量水平来管理第二实施例燃料组件300中的反应。如当前所更详细讨论，第二装载模式310生成使过剩反应累积在第二实施例燃料组件300中的爆燃波或“燃烧波前端”270。第二装载模式310在减少燃料组件接受的中子注量的同时，充分地在燃烧波前端270的前面平衡这种过剩反应，从而减慢燃烧波前端270的传播。在这种情况下，允许燃烧波前端270左边的燃料随着燃烧波前端传播而发电。可以看到，这样的控制方法可以导致整个燃料组件300的点火。
参照图12，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第二实施例燃料组件250中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第二装载模式310相对应、统称为320的第二控制函数。如下文所述，第二控制函数320在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。因此，本实施例中改善稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过如图所示的阶跃函数型分布建立起来，并且部分取决于移去控制棒192/194的速率。
参照图13，它示出了统称为330的示范性第三实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第三实施例燃料组件330包含统称为340、调节第三实施例燃料组件330中的中子通量水平的第三装载模式。图中示出了点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)的第三装载模式340。调节中子通量水平来管理第三实施例燃料组件330中的反应。如当前所更详细公开，第三装载模式340生成使过剩反应累积在第三实施例燃料组件330中的爆燃波燃烧波前端270。第三装载模式340经由将中子吸收剂插入燃烧波前端270内的第一组燃料棒280中或插在燃烧波前端270的旁边的控制棒192/194充分接近燃烧波前端270(即，在燃烧波前端270内或与燃烧波前端270相邻的空间)地平衡这种过剩反应。通过允许累积和/或利用燃烧波前端的周线上或附近的过剩反应，可以调整燃烧波前端270的有效大小和速度。
参照图14，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第三实施例燃料组件300中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第三装载模式340相对应、统称为350的第三控制函数。如下文所述，第三控制函数350在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过如图所示的连续函数型分布建立起来。
参照图15，它示出了统称为360的示范性第四实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第四实施例燃料组件360包含统称为370、调节第四实施例燃料组件360中的中子通量水平的第四装载模式。图中示出了点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)的第四装载模式370。调节中子通量水平来管理第四实施例燃料组件360中的反应。如当前所更详细公开，第四装载模式370生成使过剩反应累积在第四实施例燃料组件360中的爆燃波燃烧波前端270。第四装载模式370通过使用控制棒192/194充分地在燃烧波前端270的后面和前面平衡这种过剩反应。从而，装载模式370给出控制波大小、传播特性，因此，燃耗和注量的附加手段。可替代的是，可以通过其中含有可裂变材料的控制棒192/194“直接地(out front)”刺激燃烧波前端270。
参照图16，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第四实施例燃料组件360中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第四装载模式370相对应、统称为380的第四控制函数。如下文所述，第四控制函数380在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过如图所示的函数型分布建立起来。
参照图17，它示出了统称为390的示范性第五实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第五实施例燃料组件390包含统称为400、调节第五实施例燃料组件390中的中子通量水平的第五装载模式。除了燃料棒150和控制棒192/194之外，第五装载模式400还包括反射体棒220。可以看出，作为非限制性例子，存在一行反射体接在一行吸收剂后面的重复模式。可替代的是，一行反射体可以位于一行吸收剂的前面。反射体使一部分泄漏中子返回到吸收行(和燃烧波前端270)，导致在燃烧/再生区中需要较少吸收剂和较多中子。图中示出了点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)的第五装载模式400。调节中子通量水平来管理第五实施例燃料组件390中的反应。如当前所更详细公开，第五装载模式400生成使过剩反应累积在第五实施例燃料组件390中的爆燃波燃烧波前端270。第五装载模式390在作为相对较高燃耗的结果减少燃烧波前端后面的燃料组件材料接受的中子注量的同时，充分地在燃烧波前端270的后面平衡这种过剩反应。控制棒192/194和反射体棒220调节燃烧波前端270后面的第一组燃料棒280中的中子通量，从而改变燃烧波前端270的有效大小和传播特性。
参照图18，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第五实施例燃料组件390中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第五装载模式400相对应、统称为410的第五控制函数。如下文所述，第五控制函数410在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过如图所示的阶跃函数型分布建立起来。与显示在图10和11中的实施例一样，以及如上所述，这种类型的分布导致为实现燃耗减少创造条件的燃烧波前端传播速率的提高。
参照图19，它示出了统称为420的示范性第六实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第六实施例燃料组件420包含统称为430、调节第六实施例燃料组件420中的中子通量水平的第六装载模式。第六装载模式430是在点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)获得的。调节中子通量水平来管理第六实施例燃料组件420中的反应。如当前所更详细公开，第六装载模式430生成使过剩反应累积在第六实施例燃料组件420中的爆燃波燃烧波前端270。第六装载模式430在作为相对较高燃耗的结果减少燃料组件材料接受的中子注量的同时，充分地在燃烧波前端270的后面和燃烧波前端270的前面平衡这种过剩反应。控制棒192/194将中子吸收剂插入燃烧波前端270后面和前面的第一组燃料棒280中，从而改变燃烧波前端270的有效大小。应该懂得，除了吸收材料之外，还可能存在其它材料。
参照图20，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第六实施例燃料组件420中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第六装载模式430相对应、统称为440的第六控制函数。如下文所述，第六控制函数440在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。改善稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过如图所示的连续函数型分布建立起来。
参照图21，它示出了统称为450的示范性第七实施例核裂变反应堆燃料组件。该示范性第七实施例燃料组件450包含统称为460、调节第七实施例燃料组件450中的中子通量水平的第七装载模式。图中示出了点火器245点火中子之后的预定瞬时(例如，点火之后7.5年)的第七装载模式460。应该注意到，燃料棒290可能已经燃烧完了。调节中子通量水平来管理第七实施例燃料组件450中的反应。如当前所更详细公开，第七装载模式460生成使过剩反应累积在第七实施例燃料组件450中的爆燃波燃烧波前端270。第七装载模式460在作为相对较高燃耗的结果减少燃料组件材料接受的中子注量的同时，充分地在燃烧波前端270的后面平衡这种过剩反应。可以在调整燃烧波前端270后面的控制反应的同时在燃烧波前端270的前面适当地设置控制阶跃函数，使燃烧波前端270传播的方向反过来，导致波通过前述燃烧过的棒290传播。控制棒192/194将中子吸收剂插入现在排列在燃烧波前端270后面第一组燃料棒280中，从而改变燃烧波前端270的有效大小。
参照图22，其中以包含作为相对于点火器245的距离的函数的第七实施例燃料组件450中的控制棒插入量的曲线图形式示出了与第七装载模式460相对应、统称为470的第七控制函数。如下文所述，第七控制函数470在响应监视系统观察的变化的水平上调节中子通量。改善稳态爆燃波燃烧波前端270的传播通过如图所示的阶跃函数型分布建立起来。
从上文的教导中可以明白，如果需要的话，可以按照监视系统监视的所得传播参数引导燃烧波前端270。例如，传播参数可以包括燃烧波前端270的传播方向或取向、燃烧波前端270的传播速率、像发热密度那样的功率要求参数、燃烧波前端270传播的燃烧区的截面尺度(像燃烧区相对于燃烧波前端270的传播轴的轴向或横向尺度那样)等。作为另一个例子，可以将传播参数选择成控制燃烧波前端270的空间或时间位置、轮廓和分布，以避免可能出故障或失常控制元件(例如，中子调整结构或恒温器)、出故障或失常燃料棒等。出故障或失常燃料棒可能由冷却剂通道流动堵塞引起的热点肿胀或熔覆造成。作为另一个例子，任何破裂破碎燃料棒可能通过在制造期间检测放置在燃料棒内的示踪同位素提供的反馈来检测。作为进一步的例子，传播参数可以根据通过气体监视器监视或感测锕系元素或通过伽马辐射探测器或“盖革计数器”感测伽马辐射来选择。作为另一个例子，传播参数可以根据从响应中子通量的“试样”中监视数据来选择。作为再一个例子，传播参数可以根据经由热电偶对部分地温度的测量和经由中子探测器对通量的测量来选择。
参照图23，该曲线图例示了爆燃波燃烧波前端速度和燃耗百分比与波控制函数的程度之间的线性关系。如通过中子模拟所确定，曲线图上的位置“A”对应于燃烧波前端270的控制的阶跃函数类型，而曲线图上的位置“B”对应于燃烧波前端270的分布式控制棒排列。位置“A”对应于与例示在图9和10中的那种类似的配置，而位置“B”对应于与例示在图13和14中的那种类似的配置。曲线图上的位置“C”对应于吸收剂分布在如图9和10所示的阶跃函数的控制配置与显示在图13和14中的连续函数的控制配置之间；即，吸收剂分布在比在分布式情况下更在燃烧波前端的后面，但没有像在阶跃函数情况下那么多的控制配置。图23涉及使用MCNPX-CINDER计算机软件代码获得的中子结果。关于这方面，图23示出了如果使用吸收剂，则在波后面像阶跃函数那样将吸收剂放置在反应堆中给出最快波速和最低燃耗。偏离这种配置(使吸收剂分布在整个波中)使波变慢，最终，如果将吸收剂放在波的前面，则波的速度应该为零。
参照图23A，它示出了例示统称为475的中子通量示范性空间分布的曲线图。关于这方面，该曲线图画出了作为随相对于点火器245的距离而变的中子通量的空间分布475。该空间分布475代表基于示范性控制函数的燃烧波前端。
参照图23B，它示出了例示统称为477的空间轮廓或控制函数的曲线图。控制函数477对应于显示在图23A中的空间分布475。图23B画出了随相对于点火器245的距离而变的控制棒插入百分比。
参照图23C，它示出了例示统称为479的中子通量示范性空间分布的曲线图。关于这方面，该曲线图画出了作为随相对于点火器245的距离而变的中子通量的空间分布479。该空间分布479代表基于示范性控制函数的燃烧波前端。
参照图23D，它示出了例示统称为481的空间轮廓或控制函数的曲线图。控制函数481对应于显示在图23C中的空间分布479。这个曲线图画出了随相对于点火器245的距离而变的控制棒插入百分比。
参照图23E，它示出了例示统称为483的中子通量示范性空间分布的曲线图。关于这方面，该曲线图画出了作为随相对于点火器245的距离而变的中子通量的空间分布483。该空间分布483代表燃烧波前端。
参照图23F，它示出了例示与显示在图23E中的空间分布483相对应、统称为485的空间轮廓或控制函数的曲线图。空间轮廓485具有最陡部分487。这个曲线图画出了随相对于点火器245的距离而变的控制棒插入百分比。
从上文的公开中可以懂得，可达到预定燃耗值或以下的燃耗值。关于这方面，可以在相对于燃烧波前端270的多个位置上控制中子吸收剂、反射体和/或发射体的数量，以便使大多数中子吸收处在燃烧波前端270后面的位置上，以便达到预定燃耗值或以下的燃耗值。例如，可以将中子发射体从燃烧波前端270后面的第一位置移动到燃烧波前端270前面的第二位置，以便达到预定燃耗值或以下的所希望燃耗值。
另外，从上文的公开中可以懂得，也可以响应通用燃料组件30以及示范性实施例燃料组件250/300//330/360/390/420/450中的燃耗控制来控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。关于这方面，控制这样的辐射损伤将使像DPA那样的所希望辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。达到预定辐射损伤值或以下的辐射损伤值可以包含将中子发射体从燃烧波前端270后面的第一位置移动到燃烧波前端270后面的第二位置。可替代的是，可以将中子发射体从燃烧波前端270后面的第一位置移动到燃烧波前端270前面的第二位置，以便控制潜在辐射损伤。作为另一种替代，可以通过燃烧波前端270后面的位置上的控制棒270来控制中子吸收剂的数量，以便控制潜在辐射损伤。关于这方面，由中子吸收剂引起的大多数中子吸收可能处在燃烧波前端270后面的位置上。另外，达到预定辐射损伤值或以下的所希望辐射损伤值可以通过控制燃烧波前端270后面的位置上的中子反射体的数量来实现。关于这方面，由中子反射体引起的大多数中子反射可能处在燃烧波前端270后面的位置上。
从上文的公开中还可以懂得，可以在相对于燃烧波前端270的位置上有选择地调节中子通量。关于这方面，可以在燃烧波前端270后面的位置上调节中子通量。在这种情况下，大多数调节处在燃烧波前端270后面的多个位置上。另外，有选择地调节燃烧波前端270发出的中子通量可以带来有选择地吸收燃烧波前端270发出的一部分中子通量。换句话说，在相对于燃烧波前端270的位置上控制中子吸收剂的数量。更一般地说，可以在相对于燃烧波前端270的位置上控制中子相互作用材料的数量(例如，控制棒192/194的插入)。在一个实施例中，在相对于燃烧波前端270的位置上控制中子相互作用材料的数量包含在相对于燃烧波前端270的位置上控制中子发射体的数量。中子发射体可以是可裂变元素、可增殖元素和/或能够经历β衰变变成可裂变元素的元素。另一方面，在相对于燃烧波前端270的位置上控制中子相互作用材料的数量包含在相对于燃烧波前端270的位置上控制中子反射体的数量。
另外，从上文的公开中可以懂得，有选择地调节中子通量可能受空间轮廓支配。空间轮廓相对于燃烧波前端270可以是对称的或非对称的。空间轮廓可以具有存在最陡部分的斜坡。最陡部分适当地出现在燃烧波前端270的后面。
从上文的公开中可以进一步懂得，有选择地调节燃烧波前端270发出的中子通量可以包含检测与燃烧波前端270相关联的燃烧参数，以及响应燃烧参数检测至少部分地有选择地调节中子通量。检测燃烧参数可以包含在接近燃烧波前端270的至少一个位置上监视像DPA那样的材料辐射损伤；在接近燃烧波前端270的至少一个位置上监视燃耗；监视燃耗速度；监视燃烧波前端宽度；在接近燃烧波前端270的至少一个位置上监视与中子通量相关联的一种或多种特性；在接近燃烧波前端270的至少一个位置上监视核辐射；和/或在在发热方面接近燃烧波前端270的至少一个位置上监视温度。此外，响应燃烧参数检测至少部分地有选择地调节中子通量可以包含响应燃烧参数检测至少部分地有选择地调节中子通量，以及响应反馈控制过程至少部分地和/或响应含有与燃烧参数相关联的多个参数的基于计算机的算法至少部分地检测燃烧参数。关于这方面，可以响应燃烧参数检测调整基于计算机的算法的一个或多个参数。
例示性方法
现在描述与在行波核裂变反应堆和燃料组件中控制燃耗的示范性实施例相关联的例示性方法。
参照图24-65，它们提供了在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆和燃料组件中控制燃耗的例示性方法。
现在转到图24，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法490从方块500开始。在方块510中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量。在方块520中结束该方法490。
参照图25，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法530从方块540开始。在方块550中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块560中结束该方法530。
参照图26，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法570从方块580开始。在方块590中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块600中，达到预定燃耗值。在方块610中结束该方法570。
参照图27，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法620从方块630开始。在方块640中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块650中，达到预定燃耗值或以下的所希望燃耗值。在方块660中结束该方法620。
参照图28，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法670从方块680开始。在方块690中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块700中，该方法包含达到预定燃耗值或以下的燃耗值。在方块710中，在燃烧波前端后面的位置处控制中子吸收剂的数量。在方块720中结束该方法670。
参照图29，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法790从方块800开始。在方块810中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块820中，使燃耗值达到预定燃耗值或以下。在方块830中，在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子吸收的中子吸收剂的数量，其中由中子吸收剂引起的大多数中子吸收处在燃烧波前端后面的多个位置上。在方块840中结束该方法。
参照图30，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法850从方块860开始。在方块870中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块880中，使燃耗值达到预定燃耗值或以下。在方块890中，在燃烧波前端后面的位置上控制中子反射体的数量。在方块900中结束该方法。
参照图31，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法910从方块920开始。在方块930中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块940中，使燃耗值达到预定燃耗值或以下。在方块950中，在相对于燃烧波前端的一个或多个位置上控制实现中子反射的中子反射体的数量，其中由中子吸收剂引起的大多数中子反射处在燃烧波前端后面的多个位置上。在方块960中结束该方法。
参照图32，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法970从方块980开始。在方块990中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1000中，使燃耗值达到预定燃耗值或以下。在方块1010中，将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端后面的第二位置。在方块1020中结束该方法。
参照图33，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1030从方块1040开始。在方块1050中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1060中，使燃耗值达到预定燃耗值或以下。在方块1070中，将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到接近燃烧波前端的第二位置。在方块1080中结束该方法。
参照图34，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1090从方块1100开始。在方块1110中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1120中，使燃耗值达到预定燃耗值或以下。在方块1130中，将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端前面的第二位置。在方块1140中结束该方法。
参照图35，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1150从方块1160开始。在方块1170中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1180中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1190中结束该方法。
参照图36，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1200从方块1210开始。在方块1220中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1230中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1240中，达到辐射损伤值。在方块1250中结束该方法。
参照图37，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1260从方块1270开始。在方块1280中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1290中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1300中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1310中结束该方法。
参照图38，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1320从方块1330开始。在方块1340中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1350中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1360中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1370中，将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端后面的第二位置。在方块1380中结束该方法。
参照图39，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1390从方块1400开始。在方块1410中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1420中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1430中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1440中，将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到接近燃烧波前端的第二位置。在方块1450中结束该方法。
参照图40，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1460从方块1470开始。在方块1480中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1490中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1500中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1510中，将中子发射体从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端前面的第二位置。在方块1520中结束该方法。
参照图41，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1530从方块1540开始。在方块1550中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1560中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1570中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1580中，在燃烧波前端后面的位置上控制中子吸收剂的数量。在方块1590中结束该方法。
参照图42，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1600从方块1610开始。在方块1610中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1620中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1630中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1650中，在相对于燃烧波前端的多个位置上控制中子吸收剂的数量，其中由中子吸收剂引起的大多数中子吸收处在燃烧波前端后面的多个位置上。在方块1660中结束该方法。
参照图43，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1670从方块1680开始。在方块1690中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1700中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1710中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1720中，在燃烧波前端后面的位置上控制中子反射体的数量。在方块1740中结束该方法。
参照图44，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1740从方块1750开始。在方块1760中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1770中，响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块1780中，使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。在方块1790中，在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子反射的中子反射体的数量，其中由中子反射体引起的大多数中子反射处在燃烧波前端后面的多个位置上。在方块1800中结束该方法。
参照图45，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1810从方块1820开始。在方块1830中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1840中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块1850中结束该方法。
参照图46，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1860从方块1870开始。在方块1880中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1890中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块1900中，在燃烧波前端后面的位置上有选择地调节中子通量。在方块1910中结束该方法。
参照图47，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1920从方块1930开始。在方块1940中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块1950中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块1960中，在相对于燃烧波前端的多个位置上有选择地调节中子通量，其中相对于燃烧波前端的多个位置上的调节量受空间轮廓支配。在方块1970中结束该方法。
参照图48，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法1980从方块1990开始。在方块2000中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2010中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2020中，在相对于燃烧波前端的多个位置上有选择地调节中子通量，以便大多数中子通量调节处在燃烧波前端后面的多个位置上。在方块1970中结束该方法。
参照图49，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2040从方块2050开始。在方块2060中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2070中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2080中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地吸收一部分中子通量。在方块2090中结束该方法。
参照图50，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2100从方块2110开始。在方块2120中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2130中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2140中，在相对于燃烧波前端的位置上控制中子吸收剂的数量。在方块2150中结束该方法。
参照图51，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2160从方块2170开始。在方块2180中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2190中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2200中，在相对于燃烧波前端的位置上控制中子相互作用材料的数量。在方块2210中结束该方法。
参照图52，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2220从方块2230开始。在方块2240中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2250中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2260中，在相对于燃烧波前端的位置上控制中子相互作用材料的数量。在方块2270上，在相对于燃烧波前端的位置上控制中子发射体的数量。在方块2280中结束该方法。
参照图53，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2290从方块2300开始。在方块2310中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2320中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2330中，在相对于燃烧波前端的位置上控制中子相互作用材料的数量。在方块2340上，在相对于燃烧波前端的位置上控制中子反射体的数量。在方块2350中结束该方法。
参照图54，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2360从方块2370开始。在方块2380中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2390中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2400中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2410上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2420中结束该方法。
参照图55，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2430从方块2440开始。在方块2450中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2460中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2470中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2480中，监视对接近燃烧波前端的至少一个位置上的材料的辐射损伤。在方块2490上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2500中结束该方法。
参照图56，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2510从方块2520开始。在方块2530中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2540中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2550中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2560中，在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视燃耗值。在方块2570上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2580中结束该方法。
参照图57，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2590从方块2600开始。在方块2610中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2620中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2630中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2640中，监视燃烧波前端速度。在方块2650上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2660中结束该方法。
参照图58，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2670从方块2680开始。在方块2690中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2700中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2710中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2720中，监视燃烧波前端宽度。在方块2730上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2740中结束该方法。
参照图59，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2750从方块2760开始。在方块2770中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2780中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2790中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2800中，在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视与中子通量相关联的一种或多种特性。在方块2810上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2820中结束该方法。
参照图60，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法2830从方块2840开始。在方块2850中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块2860中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块2870中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块2880中，在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视核辐射。在方块2890上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块2900中结束该方法。
参照图61，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法3000从方块3010开始。在方块3020中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块3030中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块3040中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块3050中，在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视温度。在方块3060上，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块3070中结束该方法。
参照图62，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法3080从方块3090开始。在方块3100中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块3110中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块3120中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块3130中，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块3140中，响应响应反馈控制过程的燃烧参数检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块3150中结束该方法。
参照图63，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法3160从方块3170开始。在方块3180中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块3190中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块3200中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块3210中，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块3220中，响应响应基于计算机的算法的燃烧参数检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块3230中结束该方法。
参照图64，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法3240从方块3250开始。在方块3260中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块3270中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块3280中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块3290中，响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。在方块3300中，响应响应基于计算机的算法的燃烧参数检测至少部分地有选择地调节中子通量，其中基于计算机的算法内含多个参数。在方块3310中，响应燃烧参数检测调整基于计算机的算法的多个参数的一个或多个参数。在方块3320中结束该方法。
参照图65，在能够发出中子通量的行波核裂变反应堆中控制燃耗的例示性方法3330从方块3340开始。在方块3350中，该方法包含调节行波核裂变反应堆发出的中子通量，该中子通量限定燃烧波前端。在方块3360中，在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量。在方块3370中，检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。在方块3380中，响应中子通量的有选择调节控制对多种结构材料的一种或多种结构材料的辐射损伤。在方块3320中结束该方法。
本领域的普通技术人员应该认识到，本文所述的部件(例如，操作)、设备、对象和伴随它们的讨论用作澄清概念的例子，可以设想出各种配置变型。因此，如本文所使用，展示的特定例子以及伴随的讨论旨在代表它们的更一般类别。一般说来，任何特定例子的使用都旨在代表它的类别，以及特定部件(例如，操作)、设备、和对象的未包括不应该看作是限制性的。
此外，本领域的普通技术人员应该懂得，前述的特定示范性过程、设备和/或技术代表像在随本文提交的权利要求书中和/或本申请中的其它地方那样，在本文其它地方讲述的更一般过程、设备和/或技术。
虽然已经显示和描述了本文所述的当前主题的特定方面，但对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，可以根据本文的教导，不偏离本文所述的主题及其更宽广方面地作出改变和修改，因此，所附权利要求书将像在本文所述的主题的真正精神和范围之内那样的所有改变和修改都包括在它的范围之内。本领域的普通技术人员应该明白，一般说来，用在本文中，尤其用在所附权利要求书(例如，所附权利要求书的主要部分)中的术语一般旨在作为“开放”术语(例如，动名词术语“包括”应该理解为动名词“包括但不限于”，术语“含有”应该理解为“至少含有”，动词术语“包括”应该理解为动词“包括但不限于”等)。本领域的普通技术人员还应该明白，如果有意表示特定数量的所介绍权利要求列举项，则在权利要求中将明确列举这样的意图，而在缺乏这样的列举的情况下，则不存在这样的意图。例如，为了帮助人们理解，如下所附权利要求书可能包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来介绍权利要求列举项。但是，即使同一个权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及像“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应该理解成“至少一个”或“一个或多个”的意思)那样的不定冠词，这样短语的使用也不应该理解成暗示着通过不定冠词“一个”或“一种”介绍权利要求列举项将包含这样介绍权利要求列举项的任何特定权利要求限制在只包含一个这样列举项的权利要求上；对于用于介绍权利要求列举项的定冠词的使用，这同样成立。另外，即使明确列举了特定数量的所介绍权利要求列举项，本领域的普通技术人员也应该认识到，这样的列举通常应该理解成至少具有所列举数量的意思(例如，在没有其它修饰词的情况下，仅列举“两个列举项”通常意味着至少两个列举项，或两个或更多个列举项)。而且，在使用类似于“A、B、和C等的至少一个”的习惯用法的那些情况下，一般说来，这样的习惯用法旨在本领域的普通技术人员理解该习惯用法的意义上使用(例如，“含有A、B、和C的至少一个的系统”将包括但不限于只含有A，只含有B，只含有C，一起含有A和B，一起含有A和C，一起含有B和C，和/或一起含有A、B和C等的系统)。在使用类似于“A、B、或C等的至少一个”的习惯用法的那些情况下，一般说来，这样的习惯用法旨在本领域的普通技术人员理解该习惯用法的意义上使用(例如，“含有A、B、或C的至少一个的系统”将包括但不限于只含有A，只含有B，只含有C，一起含有A和B，一起含有A和C，一起含有B和C，和/或一起含有A、B和C等的系统)。本领域的普通技术人员还应该明白，通常，无论在描述、权利要求书还是附图中，出现两个或更多个可替代项目的分隔词和/或短语应该理解成具有包括这些项目之一，这些项目的任一个，或两个项目的可能性，除非上下文另有所指。例如，短语“A或B”通常理解成包括“A”，“B”或“A和B”的可能性。
关于所附权利要求书，本领域的普通技术人员应该懂得，本文所列举的操作一般可以按任何次序执行。此外，尽管各种操作流程按顺序展示出来，但应该明白，各种操作可以按与所例示的次序不同的其它次序执行，或者可以同时执行。这样可替代排序的例子可以包括重叠、交错、截断、重排、递增、预备、补充、同时、反向、或其它衍生排序，除非上下文另有所指。而且，像“对...敏感”、“与...有关”或其它过去式形容词那样的术语一般无意排斥这样的衍生，除非上下文另有所指。
因此，所提供的是行波核裂变反应堆、燃料组件以及控制其中燃耗的方法。
虽然本文公开了各种方面和实施例，但其它方面和实施例对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。例如，可以将核裂变反应堆燃料组件的每个实施例布置在热中子反应堆、快中子反应堆、中子再生反应堆、快中子再生反应堆以及前述的行波反应堆中。因此，燃料组件的每个实施例是多用途的，足以有利地用在各种核反应堆设计中。
此外，本文公开的各种方面和实施例用于例示的目的，而无意限制本发明的范围，本发明的真正范围和精神由如下权利要求书指出。

Claims (61)

1.一种行波核裂变反应堆，包含：
核反应堆堆芯；以及
布置在所述反应堆堆芯中的至少一个核裂变反应堆燃料组件，所述核裂变反应堆燃料组件被配置成生成燃烧波前端和使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
2.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核反应堆堆芯被配置成在燃烧波前端后面的位置上控制中子吸收剂的数量，以便使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
3.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够调节中子通量，并且还能够在相对于燃烧波前端的多个位置上包含实现中子吸收的中子吸收剂的数量，其中由中子吸收剂引起的大多数中子吸收处在燃烧波前端后面的多个位置上。
4.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在燃烧波前端后面的位置上控制中子反射体的数量，以便使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
5.如权利要求4所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子反射体包含从铍(Be)、铅(Pb)、钨(W)、钒(V)、可增殖材料、钢合金及其混合物中选择的材料。
6.如权利要求4所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子反射的中子反射体的数量，其中由中子反射体引起的大多数中子反射处在燃烧波前端后面的多个位置上。
7.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，进一步包含中子发射体，所述中子发射体能够从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端后面的第二位置，以便使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
8.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，进一步包含中子发射体，所述中子发射体能够从燃烧波前端后面的第一位置移动到接近燃烧波前端的第二位置，以便使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
9.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，进一步包含中子发射体，所述中子发射体能够从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端前面的第二位置，以便使燃耗值达到预定燃耗值或以下。
10.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够响应行波核裂变反应堆中的燃耗值控制，控制对多种结构材料的一种或多种结构材料的辐射损伤。
11.如权利要求10所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够通过达到辐射损伤值控制辐射损伤。
12.如权利要求11所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够通过使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下控制辐射损伤。
13.如权利要求12所述的行波核裂变反应堆，进一步包含中子发射体，所述中子发射体能够从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端后面的第二位置，以便使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。
14.如权利要求12所述的行波核裂变反应堆，进一步包含中子发射体，所述中子发射体能够从燃烧波前端后面的第一位置移动到接近燃烧波前端的第二位置，以便使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。
15.如权利要求12所述的行波核裂变反应堆，进一步包含中子发射体，所述中子发射体能够从燃烧波前端后面的第一位置移动到燃烧波前端前面的第二位置，以便使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。
16.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在燃烧波前端后面的位置上控制中子吸收剂的数量，以便使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。
17.如权利要求16所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子吸收的中子吸收剂的数量，以便获得预定辐射损伤值或以下的辐射损伤值，其中由中子吸收剂引起的大多数中子吸收处在燃烧波前端后面的多个位置上。
18.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在燃烧波前端后面的位置上控制中子反射体的数量，以便使辐射损伤值达到预定辐射损伤值或以下。
19.如权利要求18所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的多个位置上控制实现中子反射的中子反射体的数量，以便获得预定辐射损伤值或以下的辐射损伤值，其中由中子反射体引起的大多数中子反射处在燃烧波前端后面的多个位置上。
20.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量，以便调节行波核裂变反应堆发出的中子通量。
21.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在燃烧波前端后面的位置上有选择地调节中子通量，以便调节行波核裂变反应堆发出的中子通量。
22.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的多个位置上有选择地调节中子通量，其中相对于燃烧波前端的多个位置上的调节量受空间轮廓支配。
23.如权利要求22所述的行波核裂变反应堆，其中所述空间轮廓相对于燃烧波前端是对称的。
24.如权利要求22所述的行波核裂变反应堆，其中所述空间轮廓相对于燃烧波前端是非对称的。
25.如权利要求22所述的行波核裂变反应堆，其中所述空间轮廓具有存在最陡部分的斜坡，其中所述空间轮廓的斜坡的最陡部分出现在燃烧波前端后面的位置上。
26.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上有选择地调节中子通量，以便中子通量的大多数调节处在燃烧波前端后面的多个位置上。
27.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上有选择地吸收一部分中子通量。
28.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上控制中子吸收剂的数量。
29.如权利要求28所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子吸收剂包含从锂、银、铟、镉、硼、钴、铪、镝、钆、钐、铒、铕及其混合物中选择的材料。
30.如权利要求28所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子吸收剂包含从银铟镉合金、碳化硼、二硼化锆、二硼化钛、二硼化铪、钛酸钆、钛酸镝及其混合物中选择的化合物。
31.如权利要求1所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上控制中子相互作用材料的数量，以便有选择地调节核裂变反应堆燃料组件发出的中子通量。
32.如权利要求31所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上控制中子发射体的数量，以便在相对于燃烧波前端的位置上控制中子相互作用材料的数量。
33.如权利要求32所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子发射体包括可裂变同位素。
34.如权利要求32所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子发射体包括可增殖同位素。
35.如权利要求32所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子发射体包括能够经历β衰变变成可裂变同位素的元素。
36.如权利要求31所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在相对于燃烧波前端的位置上控制中子反射体的数量，以便在相对于燃烧波前端的位置上控制中子相互作用材料的数量。
37.一种行波核裂变反应堆，包含：
核反应堆堆芯；以及
布置在所述反应堆堆芯中的至少一个核裂变反应堆燃料组件，所述核裂变反应堆燃料组件被配置成生成燃烧波前端和使燃耗值达到预定燃耗值或以下，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数，并且其中所述核裂变反应堆燃料组件能够响应与燃烧波前端相关联的燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。
38.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视对材料的辐射损伤，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
39.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视燃耗，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
40.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够监视燃烧波前端速度，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
41.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够监视燃烧波前端宽度，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
42.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视与中子通量相关联的一种或多种特性，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
43.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在接近燃烧波前端的至少一个位置上监视核辐射，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
44.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在热接近燃烧波前端的至少一个位置上监视温度，以便检测与燃烧波前端相关联的燃烧参数。
45.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够响应反馈控制过程至少部分地有选择地调节中子通量，以便响应燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。
46.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够响应包含在基于计算机的算法中的燃烧参数的检测，至少部分地有选择地调节中子通量。
47.如权利要求46所述的行波核裂变反应堆，其中所述基于计算机的算法包含多个参数。
48.如权利要求47所述的行波核裂变反应堆，其中可响应燃烧参数的检测调整包含在基于计算机的算法中的多个参数的一个或多个参数，以便响应燃烧参数的检测至少部分地有选择地调节中子通量。
49.如权利要求37所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够响应中子通量的有选择调节，控制对多种结构材料的一种或多种结构材料的辐射损伤。
50.一种行波核裂变反应堆，包含：
能够在其中产生燃烧波前端的核反应堆堆芯；
布置在所述核反应堆堆芯中的至少一个核裂变反应堆燃料组件；
布置在所述核裂变反应堆燃料组件中的中子相互作用材料；以及
配置成响应与燃烧波前端相关联的参数控制核相互作用材料的布置的控制系统。
51.如权利要求50所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够发出中子通量。
52.如权利要求50所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子相互作用材料包含能够放置在核裂变反应堆燃料组件中的中子吸收剂。
53.如权利要求52所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子吸收剂可重新放置在核裂变反应堆燃料组件内以便调节中子通量。
54.如权利要求52所述的行波核裂变反应堆，其中所述核裂变反应堆燃料组件能够在核裂变燃料组件中的位置上生成燃烧波前端。
55.如权利要求54所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子吸收剂产生相对于核裂变燃料组件中燃烧波前端的位置的中子吸收。
56.如权利要求50所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子相互作用材料包含燃料棒。
57.如权利要求56所述的行波核裂变反应堆，其中所述燃料棒包含可增殖材料。
58.如权利要求56所述的行波核裂变反应堆，其中所述燃料棒包含可裂变材料。
59.如权利要求56所述的行波核裂变反应堆，其中所述燃料棒包含可增殖材料和可裂变材料。
60.如权利要求50所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子相互作用材料包含中子反射体。
61.如权利要求50所述的行波核裂变反应堆，其中所述中子相互作用材料包含中子吸收剂和中子反射体。
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