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Technisches Gebiet
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Die Erfindung gehört zu dem Gebiet der Engineering-Forschung und Design von Kernreaktortechnik, und betrifft einen Pebble-Reaktor.
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Technischer Hintergrund
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Die kugelförmigen Brennelemente sind schon in dem vom Hochtemperaturgas gekühlten Reaktor angewendet. Wegen seiner einfachen Beladen, Tanken und guter inklusiven Fähigkeit von radioaktiven Materialien usw. werden sie allgemein anerkannt. Der Salzschmelzereaktor hat insgesamt die gute Leistung, aber seine hohe Korrosion bei hoher Temperatur ist schwierig zu lösen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Pebble-Reaktor der vorliegenden Erfindung ist es, den Kernbrennstoff und das feste Kühlmittel in einen kugelförmigen Festkörper zusammen zu verpacken, und die Wärme zum Dampferzeuger durch die Zirkulationsströmung des kugelförmigen Festkörpers zwischen das Reaktorgefäß und den Dampferzeuger mit dem Satz von mechanischen Getriebesystemen übertragen zu können. Im Allgemeinen wird es angenommen, dass nur Flüssigkeiten und Gase als das Reaktorkühlmittel gedient werden können. Der Pebble-Reaktor der vorliegenden Erfindung nimmt den kugelförmigen Festkörper als das Kühlmittel. Der kugelförmige Festkörper hat gute rollende Kapazität. Eine Vielzahl von sphärischen Feststoffpartikel fließen zusammen, denen einige ähnlichen Eigenschaften des Flüssigkeitsstroms aufweisen können, insbesondere wenn die Partikelgröße des sphärischen Festkörpers klein ist, sind ihre Fließeigenschaften sehr ähnlich wie die Flüssigkeit. Der Pebble-Reaktor ist es, die kugelförmige Feststoffpartikel wegen seines Eigengewichtes im Reaktor von oben nach unten fließen und durch Transporteinrichtung die kugelförmigen Feststoffpartikel auf die gewünschte Höhe anheben zu lassen, und der kreisförmige Festkörper strömt kontinuierlich mit der oberen und unteren Bewegung. Der Pebble-Reaktor überträgt Wärme durch die Umlaufströmung der kugelförmigen Feststoffpartikel aus den Orte der Hochtemperatur zu Orte der Niedertemperatur. Der Kernbrennstoff wird in den kugelförmigen Festkörper verpackt. Der Festkörper kann den radioaktiven Materialien gut bedecken und die Ausbreitung von radioaktiven Stoffen stoppen, die für die Sicherheit erforderlich sind. Dieses Verfahren der Wärmeübertragung gibt es die Verwendungswert nicht nur im Reaktor, sondern auch in anderen Branchen.
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Die Eigenschaft der kollektiven Strömung von kugelförmigen Feststoffpartikeln hat die großartige Beziehung mit ihrer Partikelgröße. Je kleiner Partikelgröße ist, desto näher ist das Strömungsmerkmal und selbstverständlich wie die Flüssigkeit. Die kugelförmigen Feststoffpartikeln fließen durch ihre eigenen Rollen. Tatsächlich werden unter der Wirkung der Schwerkraft nur die in Kontakt mit der Wandoberfläche kugelförmigen Feststoffpartikel rollen und das Anderes an der Spitze im Wesentlichen auf der horizontalen Ebene bleiben. Je kleiner die Partikelgröße ist, desto geringer ist die Porosität der Feststoffpartikel und besser die thermische Leitfähigkeit. Wenn die Partikeltemperatur hoch ist, braucht es, über die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung durch Bestrahlung betrachten zu müssen, die sogar noch schneller als die Kontaktwärmeleitung sein kann. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von Feststoffpartikeln ist langsamer als die von Wasser, da der Festkörper die Wärme durch Wirbelströmung nicht übertragen kann. Die Vorteile des kugelförmigen Festkörpers als Kühlmittel sind, dass die Kernbrennstoff im Festkörper dispergiert werden, so dass die Wärmequelle nicht besonders auf einen bestimmten Punkt konzentriert werden, die die fehlende Wärmeübertragungskapazität ausgleichen kann. Die lokale Temperatur des Reaktors darf nicht zu hoch sein. Somit kann die volumetrische Leistungsdichte des Rektors im Falle vom Kühlmittel aus kugelförmigen Festkörper niedriger sein. Das Gesamtvolumen des Reaktors mit gleicher Leistung ist größer als die des Druckwasserreaktors.
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Durch einige Designs können einer einzelnen Brennelementekugel machen, seine eigene inhärente Sicherheit zu haben und die Anzahl der Brennelemente innerhalb der Kugel zu kontrollieren, so dass die Geschwindigkeit der Wärmeerzeugung innerhalb bestimmter Grenzen kontrolliert werden kann,. Infolge kann die Kernbrennstoffkugel bei keinem anderen Kühlmittel auch die Wärme übertragen, bevor sich Temperatur zu hoch steigt. Im Reaktor gibt es viele Kühlmittelkugeln, die keine Kernbrennstoff haben. Diese Kugeln werden auch verwendet, die Wärme des Reaktors zu verbreiten. Die Brennstoffkugeln übertragen die Wärme auf die Kühlmittelkugeln durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung, und diese Kugeln machen den Rektor auch große thermische Spanne. In Unfallsituationen können sie die Wärme an die Außenseite des Reaktors übertragen und auch den Brennstoff gut bedecken, um die Reaktorsicherheit zu verbessern. Mehrere feste Materialien können außerhalb des Reaktorbehälters platziert werden und machen ihr einen guten Kontakt mit dem Reaktorbehälter zu halten, so dass die Wärme durch den Wärmeleitung und Wärmestrahlung aus dem Reaktor übertragen werden, und der Reaktor nicht schmilzt.
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Die Hauptrücklaufschaltung vom Pebble-Reaktor der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Reaktorgefäß, einen Dampferzeuger und den Hub- und Transfervorrichtungen, wobei die Höhe des Reaktors vom unteren Auslass kleiner als oder gleich dem des Dampferzeugers ist. Der Reaktor ist mit zwei Sätzen von Hub- und Transfervorrichtungen vorgesehen, die die kugelförmigen Festkörper aus dem unteren Auslass des Dampfgenerators zum oberen Einlass des Reaktorgefäßes und dem unteren Auslass des Reaktionsgefäßes zum oberen Einlass des Dampferzeuger abheben und transportieren. Nach Aufnahme von Wärme, die in der Kernreaktion im Reaktorbehälter erzeugt, fällt der kugelförmige Festkörper in den unteren Auslass des Reaktorgefäßes wegen der Schwerkraft, und die Hub- und Transfereinrichtungen die Kugel in den Einlass des Dampferzeugers übertragen, Der kugelförmigen Festkörper fällt in den Dampferzeuger durch seine eigene Schwerkraft und übertragt die Wärme zum Wasser auf der Kaltseite. Nachdem er aus dem Dampferzeuger fällt, übertragen die Hub- und Transfervorrichtungen die Kugel zu oberen Einlass des Reaktorgefäßes. Solche Zirkulation kann die Wärme aus dem Reaktor zum Dampfgenerator übertragen. Der Pebble-Reaktor ist passend für thermische Neutronenreaktoren und Reaktoren mit schnellen Neutronen und kann separat in zwei Typen von Reaktoren ausgelegt werden.
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Die Hub- und Transfereinrichtungen sind ähnlich wie Rolltreppe. Um eine Beschädigung an den Kernbrennstoffelemente zu reduzieren, sollte das Rollen der Kugel vermieden werden. Zwei Sätze von Hub- und Transfereinrichtungen werden angenommen. Die Kugel darf nur unter Schwerkraft an Kollision leiden. Das mechanische Übertragungssystem sollte den Plan von dem großen Querschnitt und geringer Fließgeschwindigkeit annehmen. Die niedrige Fließgeschwindigkeit kann die Reibung auf der Kugel reduzieren, die die Fließeigenschaften von kugelförmigen Feststoffpartikeln angepasst ist. Aufgrund der hohen Temperatur der Kugel sollte das Förderwerk gegen der Hochtemperatur verwendet werden. Hub- und Transfereinrichtungen sollten die gute Siegelfähigkeit haben. Der Reaktor läuft fast am Atmosphärendruck, aber es muss noch mit Schutzgas für Sauerstoffgasisolierung gefüllt werden, so dass die Hauptrücklaufschaltungsschleife eine geschlossene Umgebung aufrechterhält und die geschlossene Rücklaufschaltung kann als radioaktives Sicherheitsbarriere verwendet werden, Obwohl die Verwendung eines Satzes von Hub- und Übergabevorrichtung realisierbar ist, wird das langfristige Rollen der Kraftstoffkugel die Kraftstoffkugel zunehmend verschleißen, die den Lebensdauer der Kugel erhöhend auszuwirken. Somit sollte die Hub- und Übergabevorrichtung so entworfen, dass kleinere Partikelgröße der Feststoffpartikelübertragung und das Förderband aus Stahldrahtgewebe verwendet werden können. Um den Verlust von Feststoffpartikeln aus den Lücke auf beiden Seiten des Förderbandes zu verhindern, sollte der Zaun auf beiden Seiten des Förderbandes zur Verfügung gestellt werden und kann mit dem Förderband bewegen. Das Förderband, die in geringem Mittel und hohen Seiten gekennzeichnet ist, wird auch entwickelt, um zu verhindern, die Feststoffpartikeln nach beiden Seiten zu fließen. Die Bemühungen sollten auch gemacht, um zu vermeiden, die Feststoffpartikeln in die Lücke zwischen den beweglichen und feststehenden Teilen einzuströmen, die den sicheren Betrieb des Übertragungssystems beeinträchtigen. Um die Schlagkraft der Kraftstoffkugel an der Spitze des Reaktorbehälters wegen der Schwerkraft zu minimieren, ist das Übertragungssystem auch so entworfen, um eine nach unten gerichtete Neigung aufzuweisen, so dass die Brennstoffkugeln langsam nach unten fließen können und das untere Ende des Übertragungssystems ist auch so entworfen, um einen bestimmten Neigungswinkel aufzuweisen, so dass die Brennstoffkugeln nicht rückwärts fließen können, die durch das Design bestimmten Führungsschienen erreicht werden kann. Der obere Einlass des Reaktorgefäßes ist mit dem Führungskanal versehen, so dass die Kugel langsam nach unten fließen kann. Dieses Übertragungssystem bestimmt die Anforderungen an die Durchmesser der Feststoffpartikeln. Zu klein oder zu nahe am pulverförmigen Festkörper ist für eine solche Übertragungsvorrichtung nicht geeignet, weil es schwierig ist, keinen Verlust beim Transferprozess zu gewährleisten. Das Transportband sollte so gestaltet werden, eine gewisse Flexibilität zu haben, um den Kollisionsschaden zwischen den Kraftstoffkugeln und dem Förderband zu reduzieren und Stahldrahtgewebe kann diese Anforderung erfüllen. Das mechanische Übertragungssystem erfordert die Kühlmaßnahmen, um die Abnahme der mechanischen Festigkeit wegen zu viel Anstieg der Temperatur zu verhindern. Die zwei Sätze von Hub- und Transfervorrichtungen sollten die gleiche Strömungsrate beibehalten. Es ist notwendig, die Koordinierung zwischen die Beiden zu halten.
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Der Durchmesser der Steuerstange des Pebble-Reaktors ist mehr als den des PWRs, da vor allem die nach unten fließende Kraftstoffkugel im Reaktorbehälter ein Prozess der mechanischen Bewegung ist, die die mechanischen Festigkeitsanforderungen an den Bewegungsteile haben. Kleine Steuerstangen erfüllen die mechanischen Festigkeitsanforderungen offensichtlich nicht. Stattdessen sollte es die säulenförmigen Steuerstangen verwendet werden, da ihrer Durchmesser größer ist. Um die Eigenschaft der mechanischen Bewegung von Kernbrennstoffkugeln daran anzupassen, sollte die Querschnittsform den säulenförmigen Steuerstangen wie Kreisbahn gestaltet werden, mit der Seite parallel zur Richtung, in der die Kraftstoffkugeln ins Reaktionsgefäß fließen, um den Strömungswiderstand zu verringern. Wenn es festen Moderator gibt, können die Steuerstangen in den Moderator angeordnet werden, dann die Säulen bildet eine hohe mechanische Festigkeit, und es gibt keine spezielle Anforderung an die Steuerstangen. Die Reaktorsteuerstangen sind auf einem hohlen Säulenrohr angebracht, die von hoher Temperatur und hoher härter Material gemacht werden, wobei die Rohrwand dick sein sollte und eine hohe mechanische Festigkeit hat. Aufgrund der Eigenschaft der mechanischen Bewegung, hat der Pebble-Reaktor eine höhere mechanische Festigkeit für Reaktorkomponenten gehabt. Die Anordnung mehrerer Regelstange im Reaktorgefäß kann den Widerstand gegen der Strömung des kugel-förmigen Festkörpers erhöhen, was zu einer schlechter Liquidität führt. Für eine Mehrschleifenreaktor, kann die Strömungsrichtung des inkonsistenten kugelförmigen Festkörpers die Fließeigenschaften bilden. Wie der Druckwasserreaktor sind die Steuerstangen verbunden und aneinander befestigt, um die Steuerstange zu bilden. Die vertikale Bewegung der Steuerstangen kann die Reaktivität im Reaktor steuern.
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Der kugelförmige Festkörper des Kernbrennstoffs besteht aus den inneren Kernbrennstoff und das äußere Kühlmittel. Der Pebble-Reaktor braucht kein Kühlmittel, um weiterhin flüssig zu lassen, sondern erlaubt er auch das Kühlmittel für die Übergangung zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit. Für einen Reaktor, der die Leistungsdichte nicht hoch ist, kann das feste Kühlmittel verwendet werden, und es erfordert nicht, das feste Kühlmittel zu schmelzen, so dass einige Materialien gegen der höheren Temperatur als Kühlmittel verwendet werden können, und der Festkörper hat Belastbarkeit von äußeren Kräften und die Kugel ist nicht bruchanfällig. Bei kleineren Schäden sind radioaktive Spaltprodukte schwieriger zu verbreiten und das Kühlmittel vom Feststoffpartikel wird nicht fließen, dies für das Sicherheitssystem erforderlich ist. Für den Reaktor mit niedriger Leistung kann unter Verwendung eines festen Kühlsystems die höhere Eigensicherheit erreichen. Die verwendenden Materialien, die das Kühlmittel machen, sollten geringen Neutronenquerschnitt, eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine hohe spezifische Wärmekapazität, eine Anti-Hochtemperatur und eine hohe Härte haben, damit sie die radioaktiven Stoffe bei hoher Temperatur noch gut abdecken können. Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumkarbid sind häufig als die Materialien gegen der Hochtemperatur verwendet. Einige Verbundmaterialien wie Metallkeramik und Wolframkupfer können den Anforderungen daran gut erfüllen. Siliciumkarbid hat eine große spezifische Wärmekapazität, nämlich 1266.93J / (kg·k) bei 247 °C, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und hohe Härte. Das ist ein festes Kühlmittel mit guter Gesamtleistung. Das Kernbrennstoffpulver wird in Kernbrennstofftabletten von einer oder zwei Millimeter im Durchmesser gepresst und dann mit festem Kühlmittel von Anti-Hochtemperatur bedeckt, um Kernbrennstoffkugeln mit etwa 10 mm im Durchmesser herzustellen.
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Wenn das Schmelzen des Festkörpers erlaubt ist oder der flüssige Brennstoff verwendet wird, wird die äußerste Schicht mit dicken Mantel aus festen Materialien gegen der Hochtemperatur und Hochfestigkeit versehen, und gibt es die Stützstruktur zwischen den inneren und äußeren Schichten, um die externe Kraft zu widerstehen und eine äußere Kraft auf den Brennelementen zu vermeiden. Die Kühlmittelphasenänderung kann die Wärmeübertragungsfähigkeit erheblich verbessern. Die Verwendung von niedrigschmelzenden festen Materialien als Kühlmittel wie z. B. Aluminium, Magnesium, Kupfer und Legierungen kann die Strömung erheblich reduzieren. Aluminium hat die Vorteile von niedrigem Neutronenquerschnitt, stabiler chemischen Eigenschaft, hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Wärmekapazität, niedrigem Schmelzpunkt sowie guter Koexistenz mit Kernbrennstoff fortgeschrittene. Aluminium kann mit Kraftstoff die Legierung zusammen bilden. Wenn Aluminium geschmolzen wird, kann der Kernbrennstoff frei ins flüssige Aluminium eintreten, die Schmelzsache zu bilden, die eine gute Wärmeübertragungskapazität hat und ist zugunsten der Systemsicherheit. Aluminium kann die Rolle zur Deckung von Kernbrennstoff spielen. Aluminium hat niedrigen Schmelzpunkt, aber hohen Siedepunkt. Im Falle des Schmelzens vom Reaktorkern in schweren Unfall kann Aluminium die Diffusion radioaktiver Stoffe verhindern. Aluminium hat den niedrigen Schmelzpunkt und großen Schmelzwärme und ist ein Metallkühlmittel mit einer guten Performance. Aluminium wird im Reaktor geschmolzen und in den Dampfgenerator verfestigt, um den Wärmeübergang der Phasenänderung zu realisieren, dies für die schnelle Neutronenreaktor wichtig ist. Da jedoch das flüssige Aluminium keine mechanische Festigkeit hat, braucht die Peripherie vom kugelförmigen Festkörper die Umfangsumhüllung, die aus Materialien von Anti-Hochtemperatur und Anti-Härtematerial besteht. Das Siliziumkarbid ist eine gute Wahl. Um die Schlagfestigkeit der Kugel zu verbessern, braucht es eine Stützstruktur im kugelförmigen Festkörper einzurichten, so dass die Kugel eine höhere Härte hat. Der Schaden an der Kugel kann dazu führen, radioaktive Flüssigkeit auszufließen Somit ist es notwendig, gute mechanische Konstruktion zu verwenden, um hohe Festigkeit und Härte der Kugel zu erreichen. Um sicherzustellen, dass das Kühlmittel eine ausreichende thermische Kapazität hat, benötigt es eine große Ladungsmenge des Kühlmittels. Die Kapazität muss entsprechend der tatsächlichen Nutzung des Reaktors bestimmt werden, und es muss auch sinnvolle Anordnung für die Menge des Kernbrennstoffs und Kühlmittels. Es gibt einige Hohlräume zwischen den kugelförmigen Festkörper. Somit ist es notwendig, kleine Kühlmittelkugel zu verwenden, um diese Hohlräume zu füllen. Die kleinen Kühlmittelkugeln zirkulieren durch die Hub- und Transfervorrichtungen zwischen den Reaktor und Dampferzeuger mit der Kernkugel zusammen.
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Um eine bessere Fließfähigkeit den kugelförmigen Feststoffpartikeln des Kernbrennstoffs zu realisieren, sollte die Partikelgröße so klein wie möglich sein, die auch die Kollision zwischen den Kugeln verhindern kann. Die kleinen Kugeln sind leicht, so dass die Schlagkraft bei der Kollision klein ist. Das Feststoffmaterial eine bestimmte zulässige Beanspruchungsgrenze hat, und es ist leicht, die Form der kleinen Partikeln zu ändern. Somit sollte die Kraftstoffkugel so klein wie möglich sein, was eine kleine Menge von Kernbrennstoff benötigt. Einige Kühlmittelkugeln von kleinen Partikeln, die kein Kernbrennstoff enthalten, können gleichmäßig an die Kernbrennstoffkugeln zugegeben werden, um die aufstapelnde Hohlraumrate zu reduzieren und die Wärmeübertragungsfähigkeit zu verstärken. Während der Strömung der Partikel kann in der Tat nur die kleine Partikelgröße den Kühlmittelkugeln an der Wand rollen und die Kernbrennstoffkugeln fast nicht rollen, sondern nur die Bewegung folgen. Der etwa 10 mm Kraftstoffkugeldurchmesser ist vielleicht passend, die abgestimmten Größen müssen umfassend berücksichtigt und nach dem Fließtest den Kugeln bestimmt werden sollten.
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Für thermischen Neutronenreaktor kann Graphit und Wasser als Moderator für den Pebble-Reaktor verwendet werden. Der Graphit als Moderator kann bessere inhärente Sicherheit und größeres Volumen erreichen. Graphit wird in zylindrischer Form ausgebildet und im Inneren des Reaktorbehälters platziert. Wenn das Wasser als Moderator verwendet wird, kann das Reaktorvolumen stark reduziert werden, Wenn schwere Wasser verwendet wird, würde es sogar mehr super sein. Das Wasser im Reaktor ist nur als Moderator anstelle der Übertragung der Wärme aus den Reaktor benutzt. Es gibt eine isolierende Kammer zwischen den Kraftstoffleitungen und die Kugeln mit Gas in der Mitte, so dass nur sehr wenig Wärme auf das Wasser übertragen werden können. Das Wasser verdampft im Reaktorbehälter nicht, und der Druck ist nicht hoch. Die Wärme werden durch die Zirkulationsschleife nach außen ausgeführten.
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Unter normalen Betriebsbedingungen des Pebble-Reaktors gibt es einige radioaktive Spaltprodukte, die fast im festen Kühlmittel erstarrt werden. Auch wenn der Riss von Kernbrennstoffkugel auftritt, gibt es nur wenige Lecke von radioaktiven Spaltmaterial.
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Der Dampferzeuger vom Pebble-Reaktor der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem des Druckwasserreaktors (PWR). Seine Funktion und Struktur ist sehr ähnlich zu den des Kessels. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, um Wärme aus die Kernbrennstoffkugel nach Wasser zu übertragen. Die Kernbrennstoffkugeln bewegen auf den Hub- und Transfereinrichtungen, wobei der Querschnitt groß sein kann. Die Wasserleitungen werden in den Hub- und Transfereinrichtungen eingestellt, wobei die parallelen Wasserleitungen in der gleichen Bewegungsrichtung den Kugeln sind. Das System ist mit Kanalsystem versehen, so dass das Gas von der Unterseite den Hub- und Transfervorrichtungen an das obere Ende strömt und die Wärme der Kernbrennstoffkugeln werden durch die Wärmestrahlung, Wärmeleitung und das Konvektionsgas an das Wasser geleitet. Wenn der Durchmesser der Kugel groß ist, kann es die Lücken auf dem Förderband liegen. Das Gas kann durch den angesammelten Kernbrennstoffkugeln übergehen. Die Gas- und Kernbrennstoffkugeln genießen eine gute Wärmeübertragung, die den Gasstrom von der unteren Seite zur oberen Seite des Förderbandes machen können und die Wärme an das Wasser übergeben. Die kontinuierliche Zirkulation und Wärmestrahlung können die Wärme an das Wasser übertragen. Wenn es die genügende Freiraum gibt, wird es erlauben, das Gas durch die Kugeln zu strömen, können die Wärme auch aus den Reaktorbehälter in dieser Weise ausgeführt werden. Die Kernbrennstoffkugeln bewegen im Dampferzeuger, der mit vielen Eingussläufe vorgesehen werden, dessen Richtung ist die gleich wie die den Brennstoffkugeln. Es gibt Wasser zwischen den Eingussläufe. Die Eingussläufe sind schmal, lang und werden mit den Materialien von hoher Härte, Abriebfestigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit gemacht, so dass die Wärme den Kernbrennstoffkugeln durch die Wärmestrahlung und Wärmeleitung an das Wasser übergegeben werden können. Lange Eingussläufe machen den Dampferzeuger, eine großen Wärmeübertragungsfläche zu haben. Das Volumen des Dampfgenerators kann gestaltet werden, groß zu sein. Die Kernbrennstoffkugeln können eine lange Zeit im Dampferzeuger bleiben, so dass es eine lange Verweilzeit für die Kernbrennstoffkugeln gibt, um die Wärme zum Wasser weiterzugeben. Beim hohen Hohlraumverhältnis von Kugeln kann die Gaszirkulationsschaltung vorgesehen werden, um die Wärmeübertragung zu unterstützen. Nachdem das Gas die Wärme den Kernbrennstoffkugeln absorbiert, wird es die Wärme zum Wasser übertragen. Um die Wärmeübertragungsfähigkeit des Kühlmittels so weit wie möglich zu verbessern, kann Aluminium in die Kühlmittelpartikeln des kugelförmigen Festkörpers eingekapselt werden, um kleine Kugelpartikeln mit starker thermisch leitfähigen Fähigkeit zu machen. Der Innenteil des Dampferzeugers ist schwach radioaktiv. Um die Kernreaktion vom Kernbrennstoff zu verhindern, sind viele starke Neutronen, die Materialien absorbieren, darin angeordnet sind, wie z. B. Bor und Kadmium. Der Dampferzeuger ist ein Kessel, der die aus die Kernreaktion erzeugten Wärme nach außen zu übertragen. Der Kernbrennstoff leidet an Zerfall darin und strahlt starke Strahlung. Deshalb ist es ein radioaktiver Umgebung. Im Verglichen zur Bestrahlung vom hohen Neutronenfluss im Reaktor ist jedoch die Strahlung viel kleiner. Die Kernbrennstoffkugeln haben hohe Temperatur, die macht, die Sekundärschleife eine hohe Wassertemperatur zu erreichen, so dass die überkritischen Anforderungen erfüllt werden. Somit kann solcher Reaktor einen hohen thermischen Wirkungsgrad erzielen. Wenn die Materialien gegen der Hochtemperatur verwendet werden, werden die Kernbrennstoffkugeln höhere Temperatur haben und es kann noch die Generatoren mit effizientem Braytonzyklus (Gasturbine) antreiben. Die Einstellung des Sekundärwärmetauscherkreises, die die Strahlung abschirmt, kann auch für das Wärmezufuhr, die thermochemische Produktion von Wasserstoff, die Kohle-Verflüssigung und Vergasung verwendet werden.
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Wenn das Material mit geringer Neutronenquerschnitt als das Kühlmittel verwendet wird, kann es die schädliche Absorption von Neutronen verringert werden und der Pebble-Reaktor kann einen größeren Verwendungswert haben. Insbesondere ist im Falle des schnellen Neutronenreaktors die Wertwachstumskapazität relative stark. Die vom ausgetragenen PWR abgebrannten Brennelemente können als den Brennstoff verwendet werden. Einige festen Materialien haben sehr niedrigen Neutronenabsorptionsquerschnitt, und sie absorbieren fast keine Neutronen. Solche festen Kühlmittel können die Kernbrennstoff mit niedriger Konzentration machen, den kritischen Zustand zu erreichen, so dass der Pebble-Reaktor die Kernbrennstoff vollständig nutzen kann.
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Die Art, Konzentration und Menge des Kernbrennstoffs im Pebble-Reaktor und die Art und Menge des Kühlmittels sowie der Durchmesser und die Struktur den Kernbrennstoffkugeln können entsprechend der tatsächlichen Nutzung des Reaktors genauer bestimmt werden.
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Das mechanische Getriebesystem kann Fehler auftreten, die die Kugeln führt, aus den Reaktor nicht überführt werden zu können und der Kernbrennstoff innerhalb des Reaktors kann nicht gekühlt werden, so führt die Kernschmelzunfälle. Es gibt eine große Anzahl vom festen Kühlmittel im Reaktor. Wenn der Kern schmilzt, werden das Kühlmittel und der Brennstoff zusammen schmelzen, um eine Schmelzungssache zu bilden. Das Kühlmittel kann die radioaktiven Materialien bedecken und ihre Ausbreitung nach äußerer Umgebung verhindern. Somit wird im Falle eines schweren Unfalls selbst nur eine kleine Menge vom radioaktiven Material lecken. Wie andere Arten von Reaktoren können der Pebble-Reaktor auch viele aktiven und passiven Maßnahmen zur Kernschmelzunfälle vorbeugen.
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Der Pebble-Reaktor hat eine einzigartige sicherheitsbezogene Leistungsfähigkeit, nämlich, dass er mit einer wenigen Energie die abgeschalteten werden, aber noch mit vielen Wärme die Brennstoffkugeln im Dampferzeuger bewegen kann. Der Dampferzeuger hat eine große Menge Wasser, so dass die Wärme langsam auf das Wasser übertragt werden kann. Sogar in dem Fall der Wasserverlust des Dampfgenerators, Die Kernbrennstoffkugeln sind sehr breit expandier, mit einer großen Wärmeübertragungsfläche. Die Leistungsdichte einer einzelnen Kugel ist nicht hoch. Der Kernbrennstoff ist mit einer großen Menge an festen Kühlmittel dispergiert, so dass die Wärme durch seine eigene Wärmeleitung und Wärmestrahlung übertragen werden. Das Kühlmittel des kugelförmigen Feststoffpartikels kann auch in die Wasserseite des Dampferzeugers unter der Schwerkraft eingespritzt, um den Dampferzeuger zu bedecken, die großen, festen Schutzbarriere zu bilden.
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Die Restwärme des Reaktors kann durch eine Vielzahl von Wegen ausgeführt werden. Das Übertragungssystem von Gas-Wärme ähnlich wie das vom gasgekühlten Reaktoren kann zur Herleitung der Wärme des Reaktorkerns im Notfall vorgesehen werden. Das Übertragungssystem von Gas-Wärme kann auch verwendet werden, die gasförmigen radioaktiven Spaltprodukte zu absorbieren. Die Wasserinjektionspassagen im Reaktor werden zur Herleitung der Wärme des Reaktorkerns reserviert, wenn das normale Wärmeübertragungssystem zum Zeitpunkt der Abschaltung des Reaktors nicht richtig funktioniert. Die Wasserinjektionspassagen sind während des normalen Betriebs vom Reaktor leer und es ist generell nicht erlaubt, Wasser darin zu bleiben. Die reservierten Wasserpassagen können die Wärme im gleichen Prinzip wie die den PWR-Reaktoren ausführen. Edelstahlrohre sind an der Außenwand des Reaktorbehälters in Spiralanordnung vorgesehen. Wenn der Kern in der Kühlung ausfällt, kann das Wasser in die Rohre eingespritzt werden, um den Reaktorkern zu kühlen.
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Der kugelförmige Brennstoffreaktor der vorliegenden Erfindung kann im Kleinleistungsreaktor so konstruiert, dass die Wärme in der passiven Maßnahmen exportiert werden, selbst wenn das Nachwärmeabfuhrsystem allen dynamischen Kerne versagen. Aufgrund der geringen Reaktorleistung und geringen volumetrischen Leistungsdichte hat das System immer ausreichende Fähigkeit zur Wärmediffusion, um Kernwärme auszuführen, so dass der Reaktor die hohe Eigensicherheit hat. Die hohe Eigensicherheit ist leicht, von Menschen akzeptiert zu werden. Somit kann derartiger Reaktor häufiger angewendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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, die schematische Darstellung des Systems vom Pebble-Reaktor
1. Reaktorbehälter, 2. Dampferzeuger, 3. Motor, 4. Hub- und Übertragungsvorrichtung;
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, der kugelförmige Festkörper vom Kernbrennstoff mit der Außenhülle vom Kühlmantel
1. Kernbrennstoff, 2. Kühlmittel, 3. Unterstützungsstruktur, 4. Außenhülle 5. Metallfaserschicht.
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Ausführungsbeispiele
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Kernreaktor, der den Kernbrennstoff und das Kühlmittel in einen kugelförmigen Festkörper zusammen verpackt und die Wärme zum Dampfgenerator durch die Strömung des kugelförmigen Festkörpers zwischen dem Reaktor und Dampfgenerator vom mechanischen Übertragungssystem übertragen können. Derartiger Reaktor hat einen breiten Anwendungsbereich und kann basierend auf der tatsächlichen Nutzung ferner ausgebildet werden. Besonders, wenn es für den niedrigen Leistungsreaktorentwickelt würdet, wird er eine hohe Eigensicherheit haben und kann in vielen Bereichen angewendet werden.
