CN115798744A - 行波堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及行波堆领域的行波堆，包括堆芯和热管，热管分为两组，分别从堆芯两端插入，堆芯包括点火区和燃耗区，燃耗区分布在点火区两侧，点火区向燃耗区轴向发生两个移动的功率峰，使总功率稳定在堆芯的中间部位不移动。本发明通过堆芯设计，产生了从中心向两侧移动的功率峰，但是综合功率峰最高点一直保持在中心，这样即保存了行波堆的优点，又使总功率峰自动固定居于中心，为简化冷却方案的设计创造了基础，降低了堆芯运行和控制的复杂程度，降低了运行成本；同时，在堆芯功率从中心向两侧稳定的衰减分布下，同一通道内的两根对插热管均匀承担了对应管道内的功率，最大程度的利用每根热管的传热能力，能有效的提高冷却换热能力。

Description

行波堆

技术领域

本发明涉及行波堆领域，具体地，涉及行波堆。

背景技术

行波(快)堆是利用快中子进行链式裂变反应并提供能量的快中子反应堆。它能采用开式燃料循环，即不需要进行燃料再循环加工，也可直接使用天然铀或者热堆的乏燃料作为燃料，一次性装料就能坚持‘燃烧’到足够燃耗深度，避免了寿期中间停堆换料。

以铀-钚循环为例，一个轴向排列不同燃料的行波快堆，其基本原理是：反应堆堆芯在轴向(行波方向)分为占小部分的点火区(使用高富集度铀)与占大部分的燃耗区(使用天然铀或热堆乏燃料)，启动该堆时，首先点火区“点火”临界，产生的快中子将使附近燃耗区内的²³⁸U转变成²³⁹Pu，接着这些转变成的²³⁹Pu使其附近区域进入临界，这样就形成了一个‘增殖和燃耗波’，该波不断的使其波前方的燃耗区内的天然铀或乏燃料产生增殖反应，随后进入‘燃耗’(临界裂变)反应阶段，沿该波的传播方向上，局部反应性经历了先上升到超临界后下降到次临界的过程，临界波在堆芯寿期内沿轴向缓缓穿过整个堆芯。在此过程中，点火启堆后行波堆进入自持阶段，在燃耗过程中整堆剩余反应性理想状态下不变，所以不需要进行相应的反应性控制。理论上而言，一个任意长寿期的自持的行波快堆，只需要增加其堆芯行波方向的燃料储备即可。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种行波堆。

根据本发明提供的一种行波堆，包括堆芯和热管，热管从堆芯两端插入，堆芯包括点火区和燃耗区，燃耗区分布在点火区两侧，点火区向燃耗区轴向发生两个移动的功率峰，使总功率稳定在堆芯的中间部位不移动。

优选的，燃耗区沿点火区轴向两侧均匀分布。

优选的，点火区向燃耗区轴向发生两个对称移动的功率峰。

优选的，燃耗区等长，点火区向燃耗区轴向发生移动的功率峰大小相等，方向相反，在一段时期内的叠加效应，使总的功率峰稳定在堆芯中间部位不移动。

优选的，插入方向相同的热管为一组，两组热管分别从堆芯两端插入，且两组热管的轴心保持在同一水平线上。

优选的，两组热管在堆芯中实现对接。

优选的，热管在堆芯的轴向中点会合，堆芯功率沿轴向平均分配给两侧的热管。

优选的，热管包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，绝热段两侧分别连接蒸发段和冷凝段，蒸发段插入堆芯中，绝热段和冷凝段延伸至堆芯外侧，冷凝段插入热电/其它能量转化模块，通过热管传导出堆芯热量，实现发电或其它热能利用。

优选的，热管内通过相变传热材料，相变传热材料发生蒸发相变，吸热变成蒸汽，该蒸汽在热管中间通道通过自然循环穿过绝热段，到达冷凝段与其它能量转化模块进行冷凝换热，相变为液体后通过自然循环从靠近管壁的吸液芯返回到蒸发段，形成循环回路。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明通过堆芯中心设置点火区，两侧的燃耗区设计，产生的从中心向两侧移动的功率峰，但是综合功率峰最高点一直保持在中心，这样即保存了行波堆的优点，但是功率峰自动固定居于中心，为简化冷却方案的设计创造了基础，降低了堆芯运行和控制的复杂程度，降低了运行成本；

(2)本发明在堆芯功率从中心向两侧稳定的衰减分布下，同一通道内的两根对插热管均匀承担了对应管道内的功率，最大程度的利用每根热管的传热能力，能有效的提高冷却换热能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明行波移动方式；

图3为本发明热管的工作原理示意图。

图中标号：

1--堆芯，2--热管，11--点火区，12--燃耗区。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

根据本发明提供的一种行波堆，如图1所示，包括堆芯1和热管2，插入方向相同的热管2为一组，两组热管2分别从堆芯1两端插入，且两组热管2的轴心保持在同一水平线上。热管2在堆芯1的轴向中点会合，堆芯1功率沿轴向平均分配给两侧的热管2。堆芯1包括点火区11和燃耗区12，燃耗区12沿点火区11轴向两侧均匀分布，且燃耗区12等长，由于点火区与燃耗区内的易裂变核素的此消彼涨，会同时在点火区11向燃耗区12轴向发生两个对称移动的功率峰，如图2中虚线所示，两个移动的功率峰由于大小相等，方向相反，在一段时期内的叠加效应，使总功率稳定在堆芯1的中间部位不移动。

热管2包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，绝热段两侧分别连接蒸发段和冷凝段，蒸发段插入堆芯1中，绝热段和冷凝段延伸至堆芯1外侧，冷凝段插入热电/其它能量转化模块，通过热管2传导出堆芯1热量，实现发电或其它热能利用。

如图3所示，热管2内通过传热材料，传热材料包括水、水银、钾、钠、锂等相变传热介质。传热材料发生蒸发相变，吸热变成蒸汽，该蒸汽在热管1中间通道通过自然循环穿过绝热段，到达冷凝段与其它能量转化模块进行冷凝换热，相变为液体后通过自然循环从靠近管壁的吸液芯返回到蒸发段，形成循环回路。

更为具体的，热管2可视为一根封闭的金属棒，该金属棒内根据传热强度不同，可以添加水、水银、钾、钠、锂等相变传热介质。使用时热管2蒸发段插入热源(如堆芯1)，传热材料发生蒸发相变，吸热变成蒸汽，该蒸汽在热管2中间通道通过自然循环穿过绝热段，到达冷凝段与其它能量转化模块进行冷凝换热，相变为液体后通过自然循环从靠近管壁的吸液芯返回到蒸发段，形成循环回路。使用热管2做冷却的好处是不需要回转动力设备来输送冷却介质来换热，为许多工作条件苛刻的环境如空间用的反应堆，或高移动性的反应堆，提供了可靠性高的换热方式。但是单根热管2内的工质有限，要传递大量热量，需要采用大量的热管一起工作。

本实施例与现有的热管行波堆相比，具有功率沿轴向(即行波移动方向)对称分布，且功率波峰固定不变，相对于现有的移动波峰的行波堆设计，由于堆芯1中最高功率，同时也是最高温度的部分是固定不变的(注意：行波堆从名称和堆的本身特性而言，其功率峰沿中子主要传播方向/增殖方向移动是它的固有特点)，这给传热设计和安全设计的提供了良好的基础。而采用的双端插入的热管2，则能将堆芯1功率沿轴向平均分配给了两侧的热管2，最大效率的利用每根热管2的传热能力，有效的提高堆芯运行的安全性。即本实施例首先自动实现了行波快堆在运行期间稳定的沿中心对称的功率分布，并同时实现了沿同一中心(即同一热管通道中两根热管接触处)对称插入的热管2分布，从而将对称的功率分配给对称分布的热管(冷却能力)，将热源和冷却能力有效而稳定的匹配起来，极大提升了行波快堆的运行安全性和经济性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种行波堆，其特征在于，包括堆芯(1)和热管(2)，所述热管(2)从所述堆芯(1)两端插入，所述堆芯(1)包括点火区(11)和燃耗区(12)，所述燃耗区(12)分布在所述点火区(11)两侧，所述点火区(11)向所述燃耗区(12)轴向发生两个移动的功率峰，使总功率稳定在所述堆芯(1)的中间部位不移动。

2.根据权利要求1所述的行波堆，其特征在于，所述燃耗区(12)沿所述点火区(11)轴向两侧均匀分布。

3.根据权利要求2所述的行波堆，其特征在于，所述点火区(11)向所述燃耗区(12)轴向发生两个对称移动的功率峰。

4.根据权利要求3所述的行波堆，其特征在于，所述燃耗区(12)等长，所述点火区(11)向所述燃耗区(12)轴向发生移动的功率峰大小相等，方向相反，在一段时期内的叠加效应，使总的功率峰稳定在所述堆芯(1)中间部位不移动。

5.根据权利要求1所述的行波堆，其特征在于，插入方向相同的所述热管(2)为一组，两组所述热管(2)分别从所述堆芯(1)两端插入，且两组所述热管(2)的轴心保持在同一水平线上。

6.根据权利要求5所述的行波堆，其特征在于，两组所述热管(2)在所述堆芯(1)中实现对接。

7.根据权利要求6所述的行波堆，其特征在于，所述热管(2)在所述堆芯(1)的轴向中点会合，所述堆芯(1)功率沿轴向平均分配给两侧的所述热管(2)。

8.根据权利要求7所述的行波堆，其特征在于，所述热管(2)包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，所述绝热段两侧分别连接所述蒸发段和所述冷凝段，所述蒸发段插入所述堆芯(1)中，所述绝热段和所述冷凝段延伸至所述堆芯(1)外侧，所述冷凝段插入热电/其它能量转化模块，通过所述热管(2)传导出所述堆芯(1)热量，实现发电或其它热能利用。

9.根据权利要求8所述的行波堆，其特征在于，所述热管(2)内通过相变传热材料，所述相变传热材料发生蒸发相变，吸热变成蒸汽，该蒸汽在所述热管(1)中间通道通过自然循环穿过所述绝热段，到达所述冷凝段与其它能量转化模块进行冷凝换热，相变为液体后通过自然循环从靠近管壁的吸液芯返回到所述蒸发段，形成循环回路。

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