CN111128411B - 一种小型固态反应堆堆芯 - Google Patents

一种小型固态反应堆堆芯 Download PDF

Info

Publication number
CN111128411B
CN111128411B CN201911403015.1A CN201911403015A CN111128411B CN 111128411 B CN111128411 B CN 111128411B CN 201911403015 A CN201911403015 A CN 201911403015A CN 111128411 B CN111128411 B CN 111128411B
Authority
CN
China
Prior art keywords
block
metal heat
reactor core
solid state
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911403015.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111128411A (zh
Inventor
刘超
宋勇
吴庆生
林峰
陈建伟
梅华平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201911403015.1A priority Critical patent/CN111128411B/zh
Publication of CN111128411A publication Critical patent/CN111128411A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111128411B publication Critical patent/CN111128411B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G21C15/08—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from moderating material
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/12—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator characterised by composition, e.g. the moderator containing additional substances which ensure improved heat resistance of the moderator
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/14—Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator characterised by shape
    • G21C5/16—Shape of its constituent parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种小型固态反应堆堆芯，其包括多块金属导热块和固态慢化剂块，金属导热块与固态慢化剂块的对应部位开设有多个插孔，插孔内装设有燃料元件棒，燃料元件棒与插孔内壁之间填充有石墨粉填料，金属导热块的外壁设置有静态发电装置，两两相邻层的所述金属导热块之间通过沉孔连接件锁定。通过采用一体化固态堆芯设计，结构紧凑，减少了芯体结构材料的用量，降低了结构材料对中子的吸收，层叠式设计和高热导材料的使用，使反应堆提高了导热能力，固态慢化剂的使用，即使发生严重事故，固态慢化剂的高温分解释放氢可降低反应堆反应性，使本发明具有天然的严重事故缓解能力。

Description

一种小型固态反应堆堆芯
技术领域
本发明涉及核工程技术领域，尤其涉及一种小型固态反应堆堆芯。
背景技术
核反应堆是能维持可控自持链式核裂变反应，实现核能利用的装置。现有核反应堆主要采用热对流方式，利用液态或气体流过堆芯带走核裂变能，类似核反应堆存在冷却剂冷却能力削减、冷却剂丧失等事故风险。
小型模块化反应堆采用一体化设计和模块化建造等手段，降低了反应堆的建设周期，适用于航空、航天、深海以及偏远内陆、沙漠、海岛等远离主电网但长期稳定供电的区域。小型模块化反应堆使得反应堆具备了安全性高、环境适应性好的优点。固态反应堆具有堆芯结构完整性好，设备简单，无流体驱动设备和冷却剂丧失风险，反应性稳定等优点，具有很高的结构安全性和环境适应性。但由于固态反应堆通常采用热传导的方式实现堆芯核裂变能的导出，其传热效率远低于采用热对流方式导出堆芯热量的液态冷却剂或气态冷却剂反应堆，固态反应堆的应用受到极大限制。
发明内容
本发明提供了一种小型固态反应堆堆芯，旨在提高反应堆的导热能力和严重事故缓解能力。
本发明提供了一种小型固态反应堆堆芯，其包括：包括层叠设置的多块金属导热块，相邻层的所述金属导热块的对应面上均设有用于对应形成容置腔的凹槽，所述容置腔竖直对齐，每个所述容置腔内均设有尺寸相匹配的固态慢化剂块，所述金属导热块与所述固态慢化剂块的对应部位开设有多个成蜂窝状自上而下贯穿对齐的插孔，所述插孔内装设有燃料元件棒，所述燃料元件棒与所述插孔内壁之间填充有石墨粉填料，所述金属导热块的外壁设置有静态发电装置，两两相邻层的所述金属导热块之间通过沉孔连接件锁定。
进一步地，所述固态慢化剂块包括内侧的第一块体以及包覆于所述第一块体外围的第二块体，所述第一块体与所述第二块体之间预留有一定间隙。
进一步地，所述固态慢化剂块的材料为氢化锆或氢化钇。
进一步地，所述金属导热块的材质为高热导的铝或铝合金或银或银合金。
进一步地，所述石墨粉填料为松装的石墨粉或者石墨烯粉，所述石墨粉填料的平均粒径为100微米。
进一步地，所述沉孔连接件为铝合金销钉。
本发明实施例通过采用一体化固态堆芯设计，结构紧凑，减少了芯体结构材料的用量，降低了结构材料对中子的吸收，层叠式设计和高热导材料的使用，使反应堆提高了导热能力，固态慢化剂的使用，即使发生严重事故，固态慢化剂的高温分解释放氢可降低反应堆反应性，使本发明具有天然的严重事故缓解能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种小型固态反应堆堆芯的内部结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种小型固态反应堆堆芯的外部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1和图2，是本发明实施例提供的一种小型固态反应堆堆芯的内部结构示意图和外部结构示意图，该小型固态反应堆堆芯包括层叠设置的多块金属导热块2，相邻层的所述金属导热块2的对应面上均设有用于对应形成容置腔的凹槽，所述容置腔竖直对齐，每个所述容置腔内均设有尺寸相匹配的固态慢化剂块1，所述金属导热块2与所述固态慢化剂块1的对应部位开设有多个成蜂窝状自上而下贯穿对齐的插孔，所述插孔内装设有燃料元件棒3，所述燃料元件棒3与所述插孔内壁之间填充有石墨粉填料5，所述金属导热块2的外壁设置有静态发电装置6，两两相邻层的所述金属导热块2之间通过沉孔连接件4锁定。
具体地，堆芯由固态慢化剂块1、金属导热块2、燃料元件棒3、石墨粉填料5、静态发电装置6、沉孔连接件4组成，固态慢化剂块1为蜂窝状多孔结构，金属导热块2也为蜂窝状多孔结构，固态慢化剂块1与金属导热块2利用沉孔连接件4紧固和实现精确定位，固定后，固态慢化剂块1的蜂窝状多孔结构与金属导热块2的蜂窝状多孔结构的每个孔位都相对齐，燃料元件棒3安装于固态慢化剂块1和金属导热块2的蜂窝状开口孔中，石墨粉填料5填充在固态慢化剂块1和金属导热块2的蜂窝状开口孔与燃料元件棒之间的间隙，石墨粉填料提高燃料元件棒3与安装孔的间隙导热能力，高温下燃料元件棒3外壁热膨胀挤压密实石墨粉填料，进一步提高燃料元件棒与安装孔的间隙导热能力，燃料元件棒安装过程石墨粉填料润滑燃料元件外壁面，减少对燃料元件棒3的损坏。
具体地，通过采用一体化固态堆芯设计，结构紧凑，减少了芯体结构材料的用量，降低了结构材料对中子的吸收，层叠式设计和高热导材料的使用，使反应堆提高了导热能力，固态慢化剂的使用，即使发生严重事故，固态慢化剂的高温分解释放氢可降低反应堆反应性，使本发明具有天然的严重事故缓解能力。
参见图2，在一实施例中，固态慢化剂块1包括内侧的第一块体11以及包覆于所述第一块体11外围的第二块体12，第一块体11与第二块体12之间预留有一定间隙，间隙用于补偿固态慢化剂快1由于中心温度高导致的热膨胀增加。
在具体实现中，固态反应堆堆芯安装时，可参照如下步骤：
(1)首先安装1块金属导热块2(例如为2A12铝合金导热材料)，再在2A12铝合金导热材料中心装入1块第一块体11(例如固态慢化剂块为ZrH慢化剂)，检查2A12铝合金导热材料2与第一块体11的贯穿孔位置对齐后，装入1块第二块体12，检查2A12铝合金导热块2与第二块体12的贯穿孔位置对齐情况。
(2)重复步骤(1)，继续装入2A12铝合金导热材料2和ZrH慢化剂1，直到达到设计尺寸。
(3)在2A12铝合金导热块2中装入沉孔连接件4，沉孔连接件可例如为铝合金销钉，每个连接层设有四个并对称分布。
(4)向固体堆芯ZrH慢化剂1和金属导热块2的蜂窝状开口孔中装入燃料元件棒3(可例如为短棒密封结构的UO2燃料元件)和石墨粉填料5。
(5)在2A12铝合金导热材料2外壁加装静态发电装置6，静态发电装置6可例如包括Si-Ge半导体发电片和铝金属散热片。
上述步骤后，完成固态堆芯安装，安装后的堆芯2A12铝合金导热材料2与ZrH慢化剂1凹套镶嵌并紧凑错层堆叠。
在一实施例中，固态慢化剂块的材料为氢化锆或氢化钇。
在一实施例中，金属导热块的材质为高热导的铝或铝合金或银或银合金。
在一实施例中，石墨粉填料为松装的石墨粉或者石墨烯粉，石墨粉填料的平均粒径为100微米，此处100微米为一个参考值，石墨粉填料的平均粒径可根据实际情况在100微米左右调整。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种小型固态反应堆堆芯，其特征在于，包括层叠设置的多块金属导热块，相邻层的所述金属导热块的对应面上均设有用于对应形成容置腔的凹槽，所述容置腔竖直对齐，每个所述容置腔内均设有尺寸相匹配的固态慢化剂块，所述金属导热块与所述固态慢化剂块的对应部位开设有多个成蜂窝状自上而下贯穿对齐的插孔，所述插孔内装设有燃料元件棒，所述燃料元件棒与所述插孔内壁之间填充有石墨粉填料，所述金属导热块的外壁设置有静态发电装置，两两相邻层的所述金属导热块之间通过沉孔连接件锁定。
2.根据权利要求1所述的小型固态反应堆堆芯，其特征在于，所述固态慢化剂块包括内侧的第一块体以及包覆于所述第一块体外围的第二块体，所述第一块体与所述第二块体之间预留有一定间隙。
3.根据权利要求1所述的小型固态反应堆堆芯，其特征在于，所述固态慢化剂块的材料为氢化锆或氢化钇。
4.根据权利要求1所述的小型固态反应堆堆芯，其特征在于，所述金属导热块的材质为高热导的铝或铝合金或银或银合金。
5.根据权利要求1所述的小型固态反应堆堆芯，其特征在于，所述石墨粉填料的平均粒径为100微米。
6.根据权利要求1所述的小型固态反应堆堆芯，其特征在于，所述沉孔连接件为铝合金销钉。
CN201911403015.1A 2019-12-31 2019-12-31 一种小型固态反应堆堆芯 Active CN111128411B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911403015.1A CN111128411B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种小型固态反应堆堆芯

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911403015.1A CN111128411B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种小型固态反应堆堆芯

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111128411A CN111128411A (zh) 2020-05-08
CN111128411B true CN111128411B (zh) 2022-08-19

Family

ID=70505843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911403015.1A Active CN111128411B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种小型固态反应堆堆芯

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111128411B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112951455B (zh) * 2021-02-25 2023-03-03 南华大学 一种基于石墨烯气溶胶的芯块-包壳间间隙传热改善方法
CN113990527A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 中国核动力研究设计院 一种热管反应堆固态堆芯结构

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB879183A (en) * 1958-09-02 1961-10-04 Winnett Boyd Ltd Improvements relating to nuclear reactors
GB1150729A (en) * 1965-07-28 1969-04-30 Atomic Energy Authority Uk Improvements in Moderator Core Structures for Nuclear Reactors
US4061534A (en) * 1969-02-17 1977-12-06 United Kingdom Atomic Energy Authority Nuclear reactors
JP4341876B2 (ja) * 2001-01-31 2009-10-14 財団法人電力中央研究所 固体冷却原子炉
JP2012127749A (ja) * 2010-12-14 2012-07-05 Toshihisa Shirakawa 高転換サウナ型原子炉
CN106531232B (zh) * 2016-12-29 2017-09-22 中科瑞华原子能源技术有限公司 一种可用于一体化换料的燃料组件
CN106981319A (zh) * 2017-01-10 2017-07-25 上海核工程研究设计院 一种采用无铍熔盐氧化铍慢化的熔盐堆堆芯
CN106683720B (zh) * 2017-01-13 2018-01-30 中国核动力研究设计院 一种管壳式铅基合金冷却反应堆
CN207572069U (zh) * 2017-12-29 2018-07-03 安徽中科超安科技有限公司 核电宝用燃料组件
CN109273105B (zh) * 2018-09-13 2022-03-25 中国核动力研究设计院 一种超临界二氧化碳反应堆燃料组件

Also Published As

Publication number Publication date
CN111128411A (zh) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111128411B (zh) 一种小型固态反应堆堆芯
Fan et al. Evaluation of fin intensified phase change material systems for thermal management of Li-ion battery modules
US20190372449A1 (en) Magnetohydrodynamic electric power generator
CA3066241C (en) Reactor core
US20180033501A1 (en) Nuclear reactor and a method of heat transfer from a core
CN104766636B (zh) 一种核燃料棒与中心冷却热管的嵌套一体化结构
Lee et al. Current status and R & D plan on ITER TBMs of Korea
CN109509563B (zh) 一种小型氟盐冷却高温堆堆芯
WO2018222569A1 (en) Magnetohydrodynamic electric power generator
CN103295652A (zh) 采用陶瓷包壳金属芯块的核燃料棒
CN111081391B (zh) 一种采用六棱柱包壳的热管反应堆燃料元件的堆芯结构
US20220349527A1 (en) Hydrogen storage device
GB2585892A (en) Hydrogen Storage Device
WO2021014135A2 (en) Hydrogen storage device
CN103378767A (zh) 一种基于热电直接转换的核电站事故后供电装置
CN113990527A (zh) 一种热管反应堆固态堆芯结构
KR20220129071A (ko) 원자로용 스큐-핀(SPin) 감속재 블록
CN111276265B (zh) 一种采用铀-氢化钇燃料的棒型燃料元件
CN203085189U (zh) 一种基于蓄热式斯特林发动机的核电站应急冷却系统
GB2582607A (en) Power supply
RU2073285C1 (ru) Конструкция теплоизолирующего корпуса
CN211605357U (zh) 一种电池模组
RU180840U1 (ru) Твэл дисперсионного типа
CN114334196B (zh) 氦氙冷却反应堆的固有安全设计方法、装置及设备
CN116130122B (zh) 一种用于热管冷却反应堆的功率自动控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant