ES3044634T3 - Nuclear reactor core - Google Patents

Abstract

Se describe una celda unitaria configurable del núcleo de un reactor nuclear. Esta celda unitaria configurable incluye un material de bloque de núcleo y una pluralidad de componentes intercambiables configurados para influir en un parámetro de rendimiento del núcleo del reactor nuclear. Además, incluye una pluralidad de canales definidos dentro del material de bloque de núcleo. Cada canal está configurado para acoplarse a un componente intercambiable en una configuración operativa. Cada canal está separado de un canal adyacente por un paso predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Núcleo de reactor nuclear

[0003] Campo

[0004] La presente descripción se refiere, de forma general, a la generación de energía nuclear y, más especialmente, está dirigida a una celda unitaria configurable de un núcleo de reactor nuclear.

[0005] Antecedentes

[0006] El documento US 2018/0226159 A1 describe un reactor nuclear modular que comprende una parte central que comprende una pluralidad de estructuras, comprendiendo cada una de ellas un combustible rodeado por un revestimiento exterior, definiendo el combustible un espacio anular en una parte central del combustible, una tubería de calor dispuesta en el espacio anular y un revestimiento interior entre el material combustible y la tubería de calor; un reflector lateral está dispuesto alrededor de la parte central.

[0007] Sun Hao y col., en Conceptual design and analysis of a multipurpose micro nuclear reactor power source (Annals of Nuclear Energy, 121 (2018) 118-127), describe una microfuente de energía para calor refrigerada con conductos (HPR) que comprende una fuente de energía HPR de litio de 120 kWe, que emplea combustible de nitruro de uranio con un enriquecimiento de 70 % y una tubería de calor de litio.

[0008] El documento US 2020/027587 A1 describe un medio moderador compuesto para sistemas de reactores nucleares que incluye un material de baja moderación (que incluye una matriz moderadora de carburo de silicio u óxido de magnesio) y un material de alta moderación con un mayor poder de ralentización de neutrones que se dispersa dentro de la matriz moderadora e incluye berilio, boro o un compuesto de los mismos.

[0009] Resumen

[0010] El siguiente resumen se proporciona para facilitar la comprensión de algunas de las funcionalidades innovadoras exclusivas de los aspectos descritos en la presente memoria, y no pretende ser una descripción completa. Puede obtenerse una apreciación completa de los diversos aspectos tomando en su conjunto la totalidad de la memoria descriptiva.

[0011] En varios aspectos, se describe un núcleo de reactor nuclear. El núcleo incluye una pluralidad de componentes intercambiables configurados para efectuar un parámetro de rendimiento del núcleo y una pluralidad de celdas unitarias configurables formadas por un material de bloque del núcleo. La pluralidad de celdas unitarias configurables incluye una celda unitaria estándar que incluye una pluralidad de primeros canales definidos dentro del material del bloque del núcleo, en donde cada canal de la primera pluralidad de canales está configurado para acoplarse a un componente intercambiable de la pluralidad de componentes intercambiables en una configuración operativa. La pluralidad de celdas unitarias configurables también incluye una celda de control de reactividad que incluye una pluralidad de segundos canales definidos dentro del material del bloque del núcleo, en donde cada canal de la segunda pluralidad de canales está configurado para acoplarse a un componente intercambiable de la pluralidad de componentes intercambiables en la configuración operativa, y en donde al menos un canal de la segunda pluralidad de canales está configurado para acoplarse a una barra de control de reactividad. La pluralidad de componentes intercambiables y la pluralidad de celdas unitarias configurables están dispuestas en una pluralidad de filas, y en donde al menos una fila de la pluralidad de filas se superpone a una fila adyacente de la pluralidad de filas, de forma que las celdas unitarias de la al menos una fila y la fila adyacente están desplazadas entre sí.

[0012] Estos y otros objetos, funcionalidades y características de la presente invención, así como los métodos de operación y las funciones de los elementos de estructura relacionados y la combinación de partes y economías de fabricación, se harán más evidentes al considerar la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas con referencia a los dibujos adjuntos, todos los cuales forman parte de esta memoria descriptiva, en donde números de referencia similares designan las partes correspondientes en las diversas figuras. Sin embargo, debe entenderse expresamente que los dibujos tienen únicamente fines ilustrativos y descriptivos, y no pretenden ser una definición de los límites de la invención.

[0013] Breve descripción de los dibujos

[0014] Las funcionalidades novedosas de los aspectos descritos en la presente memoria se exponen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. Sin embargo, diversos aspectos tanto de la organización como de los métodos de operación, junto con las ventajas de los mismos, se pueden entender según la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos, como sigue:

[0015] La Figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un diseño de núcleo que puede modificarse para ajustar la producción de un reactor nuclear, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0016] La Figura 2 ilustra una vista superior del diseño de núcleo ajustable de la Figura 1, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0017] La Figura 3 ilustra una vista superior de una celda unitaria del diseño de núcleo ajustable de las Figuras 1 y 2, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0018] La Figura 4A ilustra una vista en perspectiva de la celda unitaria de la Figura 3, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0019] La Figura 4B ilustra una vista en perspectiva de una configuración de reflector del núcleo de las Figuras 1 y 2, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0020] La Figura 4C ilustra una vista superior de la celda unitaria de la Figura 3, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0021] La Figura 5 ilustra una vista en perspectiva del núcleo ajustable de las Figuras 1-4, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0022] La Figura 6 ilustra una vista en perspectiva en sección del núcleo de las Figuras 1-5, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0023] Las Figuras 7A y 7B ilustran las distribuciones de temperatura de al menos una parte del núcleo de las Figuras 1­ 6, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0024] Las Figuras 8A y 8B ilustran una comparación de las distribuciones de tensión en al menos una parte del núcleo de las Figuras 1-6 con las distribuciones de tensión en un núcleo monolítico convencional, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0025] Las Figuras 9A a 9C ilustran las distribuciones de temperatura y estrés esperadas para un nivel de potencia máximo esperado del núcleo de las Figuras 1-6, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0026] La Figura 10 ilustra un método para ajustar la potencia de producción de un núcleo de un reactor nuclear, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0027] Las Figuras 11A y 11B ilustran una vista desde arriba de dos celdas unitarias con un diseño configurable, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0028] Las Figuras 12A a 12C ilustran una vista desde arriba de otra celda unitaria que incluye un diseño configurable en configuraciones variables, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0029] Las Figuras 13A a 13C ilustran las distribuciones de temperatura y flujo de calor de una celda unitaria, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0030] Las Figuras 14A y 14B ilustran una distribución de tensión equivalente de una celda unitaria, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0031] La Figura 15 ilustra un método para configurar una celda unitaria de un núcleo de un reactor nuclear, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción.

[0032] Los caracteres de referencia correspondientes indican las partes correspondientes en las distintas vistas. Los ejemplos expuestos en la presente memoria ilustran diversos aspectos de la invención, de una forma, y tales ejemplos no deben considerarse de ninguna forma como limitativos del alcance de la invención, definiéndose la invención por las reivindicaciones.

[0033] Descripción detallada

[0034] Se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de la estructura, la función, la fabricación y el uso generales de los aspectos descritos en la descripción, e ilustrados en los dibujos adjuntos. Las operaciones, componentes y elementos bien conocidos no se han descrito en detalle para no oscurecer los aspectos descritos en la memoria descriptiva. El lector comprenderá que los aspectos descritos e ilustrados en la presente memoria son ejemplos no limitativos y, por lo tanto, se puede apreciar que los detalles estructurales y funcionales específicos descritos en la presente memoria pueden ser representativos e ilustrativos. Se pueden realizar variaciones y cambios en los mismos sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Además, debe entenderse que términos como “ hacia adelante” , “ hacia atrás” , “ izquierda” , “ derecha” , “ hacia arriba” , “ hacia abajo” y similares son palabras de conveniencia y no deben interpretarse como términos limitativos.

[0035] En la siguiente descripción, los caracteres de referencia similares designan partes similares o correspondientes a lo largo de las diversas vistas de los dibujos.

[0037] Antes de explicar en detalle los diversos aspectos del manipulador articulado, se debe considerar que los ejemplos ilustrativos no se limitan en su aplicación o uso a los detalles de construcción y disposición de las partes ilustradas en los dibujos adjuntos y la descripción. Los ejemplos ilustrativos se pueden implementar o incorporar en otros aspectos, variaciones y modificaciones, y se pueden poner en práctica o llevarse a cabo de diversas maneras. Además, salvo que se indique lo contrario, los términos y expresiones empleados en la presente memoria se han elegido con el propósito de describir los ejemplos ilustrativos para la comodidad de uso del lector y no con el propósito de limitarlas. También, se apreciará que uno o más de los aspectos, expresiones de aspectos y/o ejemplos descritos a continuación pueden combinarse con uno cualquiera o más de los otros aspectos, expresiones de aspectos y/o ejemplos descritos a continuación.

[0038] La presente descripción se refiere a dispositivos, sistemas y métodos para ajustar la producción de un núcleo de reactor. Los reactores nucleares se fabrican normalmente para producir una potencia de producción específica para la aplicación prevista. Además de los requisitos de potencia específicos de la aplicación, el diseño y la producción de un reactor nuclear también deben cumplir con una amplia variedad de normas de seguridad internas y/o gubernamentales. Por ejemplo, los reactores nucleares deben diseñarse y fabricarse de conformidad con una serie de criterios distintos, tales como: (i) la capacidad de adaptarse a varios combustibles y/o moderadores distintos (por ejemplo, grafito, óxido de berilio, hidruro de itrio e hidruro de circonio); (ii) la capacidad de autoabastecerse termomecánicamente durante una avería; (iii) la capacidad de respaldar las capacidades de fabricación disponibles; (iv) la capacidad de integrarse con los componentes principales existentes (por ejemplo, un reflector radial); y (v) la capacidad de ser escalable para su uso con reactores móviles estacionarios y transportables. Los reactores nucleares convencionales son grandes y, por lo tanto, limitan el número de aplicaciones. Sin embargo, tanto las restricciones de tamaño como las aplicaciones limitadas hicieron que fuera más fácil para los fabricantes converger en una pequeña cantidad de diseños convencionales que podrían comercializarse de conformidad con los requisitos y/o normativa aplicables.

[0040] A medida que los reactores nucleares disminuyen en tamaño, aumentan en versatilidad. Los nuevos reactores nucleares, incluyendo los microrreactores, pueden aplicarse de forma efectiva a un número creciente de aplicaciones emergentes y sin precedentes. Sin embargo, la fiabilidad del diseño y el rendimiento de un reactor nuclear, así como su cumplimiento de los requisitos y/o reglamentos aplicables, es más importante que nunca. Por ejemplo, a medida que los reactores nucleares se vuelven más versátiles, se vuelven más frecuentes. Ningún diseño de reactor único es adecuado para el número cada vez mayor de aplicaciones. No es práctico desde el punto de vista comercial crear un nuevo diseño para cada nueva aplicación. Por ejemplo, un desarrollo infinito de nuevos diseños de reactores puede implicar mayores costes y riesgos asociados con la producción y la operación. En otras palabras, un reactor nuclear “de tamaño único” no sirve para todos los propósitos. En consecuencia, existe la necesidad de dispositivos, sistemas y métodos mejorados para ajustar la producción del diseño del núcleo de un reactor, manteniendo al mismo tiempo el cumplimiento de los requisitos y/o reglamentos aplicables. Dichos dispositivos, sistemas y métodos permitirían modificar fácilmente el reactor para cada nueva aplicación, preservando al mismo tiempo la estabilidad de la fabricación y el funcionamiento del reactor.

[0042] Haciendo referencia ahora a la Figura 1, se muestra una vista en perspectiva de un núcleo 100 que puede modificarse para ajustar la producción de un reactor nuclear, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 1, el núcleo 100 incluye una pluralidad de celdas unitarias 102, que en conjunto forman una placa central hexagonal. Cada celda unitaria 102 puede configurarse para alojar una tubería de calor y combustible en cualquier configuración (por ejemplo, pilas y/o barras), que pueden generar colectivamente energía nuclear y gestionar la energía térmica en todo el núcleo 100. Según algunas realizaciones no limitativas, una o más celdas unitarias 102 pueden incluir además una configuración moderadora, que puede ralentizar los neutrones emitidos desde la configuración de barras de combustible. Como se representa en el aspecto no limitativo de la Figura 1, las celdas unitarias 102 pueden disponerse de forma que el núcleo 100 incluya una geometría hexagonal general. Sin embargo, en otros aspectos no limitativos, las celdas unitarias 102 pueden disponerse de forma que el núcleo 100 incluya cualquiera de una serie de distintas configuraciones geométricas, según la aplicación prevista y/o las preferencias del usuario.

[0043] En referencia adicional a la Figura 1, el núcleo 100 puede incluir además una pluralidad de celdas 104 de control de reactividad. Cada celda 104 puede configurarse para adaptarse a una configuración de barra de control de reactividad, que puede funcionar colectivamente para controlar la fisión que se produce dentro del núcleo 100 y, por lo tanto, impedir que el núcleo 100 alcance una temperatura crítica en caso de un fallo de reactor y/o de un corte de energía o de un accidente de criticidad. Según diversos aspectos no limitativos, la cantidad de fisión puede reducirse o eliminarse por completo dentro del núcleo 100, el último de los cuales puede apagar el núcleo. Las barras de control de reactividad contempladas en la presente descripción pueden incluir un material absorbente de neutrones y configurarse para insertarse en las celdas 104 de control de reactividad para ralentizar y/o detener las reacciones nucleares en caso de emergencia. La configuración de control de reactividad del núcleo 100 de la Figura 1 representa una característica valiosa de los microrreactores modernos, que son transportables y tienen una gama más amplia de aplicaciones comerciales. En consecuencia, la aparición de microrreactores puede aumentar la prevalencia de la tecnología nuclear, haciendo de la seguridad una prioridad más alta.

[0045] Según el aspecto no limitativo de la Figura 1, el núcleo 100 puede incluir además un protector 106 del reflector. Por ejemplo, el reflector 106 puede incluir una o más placas compuestas de un material grueso de protección contra neutrones y configuradas para rodear sustancialmente el núcleo 100. El reflector 106 puede incluir además una pluralidad de tambores 108 de control configurados para alojar un material absorbente de neutrones. En el caso de un reactor y/o un fallo de energía, los tambores 108 de control pueden girar hacia adentro, hacia el núcleo 100, de forma que el material absorbente pueda mitigar la radiación y controlar la temperatura del núcleo 100. Según algunos aspectos no limitativos, el reflector 106 puede incluir de forma adicional y/o alternativa un escudo gamma configurado para mitigar aún más la radiación en caso de fallo. Como se representa en el aspecto no limitativo de la Figura 1, el reflector 106 puede disponerse en una configuración circular que rodea la pluralidad de celdas unitarias 102 dispuestas hexagonalmente. Sin embargo, en otros aspectos no limitativos, el reflector 106 puede disponerse para formar cualquiera de una serie de configuraciones geométricas diferentes alrededor de la pluralidad de celdas unitarias 102, según la aplicación prevista y/o las preferencias del usuario.

[0047] Aún haciendo referencia a la Figura 1, el reflector 106 puede seccionarse para garantizar que exista un espacio entre las celdas unitarias 102 y el reflector 106 como medio de controlar y promover una cantidad deseada de transferencia de calor. Por ejemplo, el reflector 106 puede formarse a partir de una pluralidad de placas modulares integradas para crear el espacio mencionado anteriormente. Sin embargo, en otros aspectos no limitativos, el reflector 106 puede formarse integralmente. Además, el reflector 106 puede configurarse además para extenderse a lo largo de una dirección axial D1, que define una longitud L del núcleo 100. La pluralidad de celdas unitarias 102 también puede configurarse para abarcar la longitud L del núcleo 100. Dado que las celdas unitarias están configuradas para alojar combustible, la magnitud de la longitud L del núcleo 100 puede corresponder a una producción deseada del reactor nuclear. De forma adicional y/o alternativa, la mayor versatilidad de los microrreactores significa que el núcleo 100 debe poder configurarse para una amplia variedad de aplicaciones, muchas de las cuales pueden tener limitaciones de tamaño y/o peso. Por lo tanto, el diseño del núcleo 100 permite que la longitud L pueda configurarse específicamente para adaptarse a los requisitos de potencia, tamaño y/o peso del reactor nuclear.

[0049] Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se ilustra una vista superior del diseño del núcleo de la Figura 1 según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. La Figura 2 ilustra cómo la pluralidad de celdas unitarias 102 y la pluralidad de celdas 104 de control de reactividad pueden disponerse especialmente para establecer la configuración hexagonal del aspecto no limitativo del núcleo 100. También es evidente que cada celda unitaria 102 de la pluralidad de celdas unitarias 102 y cada celda 104 de control de reactividad de la pluralidad de celdas 104 de control de reactividad incluyen también una configuración hexagonal. Sin embargo, se apreciará que la configuración hexagonal se representa exclusivamente con fines ilustrativos. En consecuencia, la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos en los que las celdas unitarias 102 incluyen cualquier número de configuraciones geométricas (por ejemplo, cuadradas, circulares, triangulares, rectangulares, pentagonales, octogonales) y están dispuestas de tal forma que el núcleo 100 puede incluir cualquier número de configuraciones geométricas.

[0051] Haciendo referencia adicional a la Figura 2, la pluralidad de celdas unitarias 102 y la pluralidad de celdas 104 de control de reactividad pueden disponerse a lo largo de una dirección radial D2, definiendo de este modo una dimensión radial R del núcleo 100. Específicamente, el aspecto no limitativo de la Figura 2 ilustra un núcleo 100 con 61 celdas unitarias 102. Sin embargo, la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos en los que el núcleo 102 incluye cualquier número de celdas unitarias 102. De hecho, la capacidad de sumar o restar fácilmente el número de celdas unitarias 102 al núcleo 100 sin alterar drásticamente su diseño permite que el núcleo 100 se escale fácilmente según la aplicación prevista y/o las preferencias del usuario. Como tal, la producción del diseño del núcleo 100 también puede ajustarse fácilmente para una multitud de aplicaciones y requisitos. Por ejemplo, un usuario puede cambiar la dimensión radial del núcleo 100 sumando o restando celdas unitarias 102 al diseño del núcleo 100 en la dirección radial. Dado que las celdas unitarias están configuradas para alojar combustible que incluye isótopos radiactivos, aumentar o disminuir la magnitud de la dimensión radial R puede alterar la producción del núcleo 100. En consecuencia, la dimensión radial R del núcleo 100 puede corresponder a una producción deseada del reactor nuclear dependiendo de la aplicación prevista y/o de la preferencia del usuario. De forma adicional y/o alternativa, la dimensión radial R del núcleo 100 puede configurarse específicamente para cumplir con una multitud de requisitos de tamaño y/o peso, que pueden variar según la aplicación.

[0052] Se apreciará que el término “ radial” , como se utiliza en la presente descripción, describe cualquier dirección que se extienda desde el centro del núcleo 100 cuando se ve desde arriba. En consecuencia, el uso del término “ radial” no se limitará a configuraciones circulares o de tipo circular y no se interpretará en el sentido de que implica que el núcleo 100 de las Figuras 1 y 2 esté limitado a configuraciones circulares o de tipo circular. Por ejemplo, la presente descripción contempla aspectos no limitativos en los que el núcleo 100 incluye una configuración rectangular. Según dichos aspectos, el núcleo 100 puede incluir una o más dimensiones radiales de longitudes variables.

[0054] Aún haciendo referencia a la Figura 2, la pluralidad de celdas unitarias 102 y la pluralidad de celdas 104 de control de reactividad pueden formarse integralmente a partir de un bloque sólido de material (por ejemplo, grafito). Por lo tanto, las características internas de cada una de las celdas unitarias 102, tales como los canales de tubos de calor, los canales de barras de combustible, los canales moderadores y/o similares, pueden perforarse y formarse integralmente a partir del bloque sólido de material. Sin embargo, según otros aspectos no limitativos, cada celda unitaria 102 de la pluralidad de celdas unitarias 102 y cada celda 104 de control de reactividad de la pluralidad de celdas 104 de control de reactividad pueden formarse de forma modular e integrarse en el bloque del núcleo para promover la capacidad de ajuste del diseño del núcleo. En cualquier caso, el núcleo 100 se puede fabricar fácilmente para incluir cualquier número de celdas unitarias 102 y/o celdas 104 de control de reactividad. Esto puede permitir que el diseño del núcleo 100 sea fácilmente dimensionable. Por ejemplo, alterar el número de celdas unitarias 102 y las celdas 104 de control de reactividad permite al usuario alterar la dimensión radial R y la longitud L (Figura 1) del núcleo 100, alterando de este modo su producción y flexibilidad para aplicaciones con restricciones únicas de producción y/o espacio. Sin embargo, el diseño del núcleo 100 sigue siendo esencialmente el mismo, lo que permite la previsibilidad en producción y rendimiento independientemente de la diferencia en la producción y el tamaño. Estas funciones también reducen la cantidad de ingeniería no recurrente necesaria para diseñar una nueva aplicación y facilitan la uniformidad de la fabricación y la estandarización de las piezas. Aunque el núcleo 100 de las Figuras 1 y 2 puede dimensionarse como un medio para ajustar su producción, el dimensionado debe considerar además la potencia nominal de las tuberías de calor establecidas, el número apropiado de barras de control de reactividad requeridas para la producción ajustada y la eficacia de los tambores de control.

[0055] En referencia adicional a la Figura 2, cada una de las celdas 102 puede configurarse para que sea autosuficiente. Como se usa en esta descripción, “ autosuficiente” se interpretará como la capacidad de cada celda unitaria 102 para disipar de forma independiente el calor generado por el combustible orientado dentro de la celda unitaria 102 mediante barras térmicas. Sin embargo, como medida de seguridad, las celdas unitarias 102 están dispuestas específicamente de forma que el espacio G entre dos celdas unitarias 102 adyacentes sea inferior o igual a 2 milímetros. Por lo tanto, en el caso de que uno o más tubos de calor fallen dentro de cualquier celda unitaria 102 dada, las celdas unitarias 102 adyacentes pueden situarse lo suficientemente cerca de la celda unitaria 102 con la tubería de calor defectuosa de forma que transfiera el exceso de calor lejos del núcleo 100. Por lo tanto, las celdas unitarias 102 pueden configurarse para garantizar que el núcleo 100 pueda funcionar a una temperatura aceptable, incluso cuando una celda unitaria ya no sea autosuficiente debido a un fallo en la tubería de calor.

[0057] Además, las celdas unitarias 102 de la Figura 2 pueden configurarse geométricamente y orientarse entre sí en un patrón triangular, que incluye un paso predeterminado calculado para lograr una producción deseada. Por ejemplo, el núcleo 100 de la Figura 2 puede incluir un paso que es mayor o igual a quince centímetros y menor o igual a veinte centímetros. Sin embargo, la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos que incluyen cualquier número de pasos distintos basados en cualquier número de producciones deseadas, según requieran la aplicación prevista y/o las preferencias del usuario. Por lo tanto, la pluralidad de celdas unitarias 102 puede incluir una variedad de variables geométricas, que pueden atenuarse para ajustar aún más la producción del núcleo 100. De hecho, es la geometría particular y las localizaciones relativas de las celdas unitarias 102, así como la configuración y la geometría del reflector 106, que pueden seleccionarse cuidadosamente para ajustar la producción del núcleo 100 para satisfacer la demanda de una aplicación particular y, al mismo tiempo, cumplir con los requisitos adicionales.

[0059] Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se representa una vista superior de una celda unitaria 102 del núcleo 100 de las Figuras 1 y 2 según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 3, la celda unitaria 102 puede incluir una pluralidad de canales 110 de combustible configurados para alojar el combustible del núcleo 100 y una pluralidad de canales 112 de tubería de calor configurados para alojar una tubería de calor del núcleo 100. Específicamente, la celda unitaria 102 de la Figura 3 incluye veinticuatro canales 110 de combustible y siete canales 112 de tubería de calor. Sin embargo, se apreciará que la celda unitaria 102 puede incluir cualquier número de canales 110 de combustible y canales 112 de tubería de calor para optimizar la generación de energía nuclear y mejorar la eficiencia mediante la cual se elimina la energía térmica del núcleo 100. Como se ha descrito anteriormente, cada celda unitaria 102 está configurada para ser autosuficiente. En consecuencia, cada canal 112 de tubería de calor puede estar rodeado por varios canales 110 de combustible del núcleo, de modo que la energía térmica generada por el combustible insertado dentro de los canales 110 de combustible pueda transferirse de forma efectiva lejos del núcleo 100. Por ejemplo, el combustible puede incluir materiales emisores de neutrones (por ejemplo, óxido de uranio, combustibles de partículas isotrópicas triestructurales con núcleos de nitruro de uranio u oxicarburo de uranio).

[0061] Según otros aspectos no limitativos, la celda unitaria 102 de la Figura 3 puede incluir además un canal moderador configurado para alojar un moderador (por ejemplo, un moderador a base de hidruro, BeO, etc.) del núcleo 100, en donde el moderador puede configurarse para retardar y suprimir la propagación de neutrones emitidos por el combustible insertado en la pluralidad de canales 110 de combustible. De forma alternativa o adicional, la celda unitaria 102 puede incluir características adicionales, configuradas para adaptarse a otra instrumentación del núcleo 100.

[0062] En referencia adicional a la Figura 3, la pluralidad de canales 110 de barra de combustible puede configurarse para tener un primer diámetro D1 y la pluralidad de canales 112 de tubería de calor puede configurarse para tener un segundo diámetro D2. Según algunas realizaciones no limitativas, el primer diámetro D1 y el segundo diámetro D2 se seleccionan para ayudar a la celda unitaria 102 a ser autosuficiente, de modo que las tuberías de calor insertadas en los canales 112 de tubería de calor tengan la capacidad de transferir calor lejos del núcleo 100. De forma similar a los espacios G entre las celdas unitarias 102, el primer diámetro D1 de los canales 110 de combustible y el segundo diámetro D2 de los canales 112 de tubería de calor puedan configurarse de forma que exista un espacio deseado entre el combustible y las paredes internas de un canal 110 de combustible, así como entre una tubería de calor y las paredes internas de un canal 112 de tubería de calor, cuando se insertan correctamente en la celda unitaria 102. De nuevo, dichos espacios pueden configurarse geométricamente para optimizar las generaciones de energía y la transferencia de calor a través de las celdas unitarias 102 y a lo largo del núcleo 100 en su conjunto. Aunque el aspecto no limitativo de la Figura 3 incluye los canales 110, 112 con una configuración circular, se apreciará que la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos en donde los canales 110, 112 tienen cualquier número de configuraciones geométricas para optimizar la transferencia de calor para la aplicación prevista y para las preferencias del usuario. En consecuencia, el término “diámetro” , como se utiliza en la presente descripción, no incluirá ninguna dimensión que se extienda alejándose de un punto central del canal 110, 112. Como tal, se apreciará que el término “diámetro” no pretende limitar los canales 110, 112 a una configuración circular.

[0063] Aún haciendo referencia a la Figura 3, la celda unitaria 102 también puede incluir características configuradas para alojar materiales absorbentes de neutrones que pueden ralentizar las reacciones nucleares que se producen en los canales 110 de barra de combustible de las celdas unitarias 102. En consecuencia, la distribución de potencia y el pico de potencia radial de las celdas unitarias 102 y, en consecuencia, del propio núcleo 100, pueden ajustarse adicionalmente mediante la influencia de los absorbedores de neutrones. Según algunos aspectos no limitativos, el núcleo 100 puede diseñarse para una aplicación que no imponga un requisito de transporte estricto al núcleo 100. De forma alternativa o adicional, el núcleo 100 puede utilizar un combustible de alta densidad. Según dichos aspectos, el factor de pico de potencia axial y la distribución de potencia axial de las celdas unitarias 102 y el núcleo 100 pueden gestionarse de otro modo variando el nivel de enriquecimiento de combustible dentro de los canales 110 de combustible de las celdas unitarias 102.

[0065] Haciendo referencia ahora a la Figura 4A, se representa una vista en perspectiva de la celda unitaria de la Figura 3 según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 4A, una pluralidad de celdas unitarias 102 están configuradas para extenderse a lo largo de al menos una parte de la longitud L del núcleo 100. Por ejemplo, cada celda unitaria 102 de la pluralidad de celdas unitarias 102 puede formarse de forma modular e integrarse en el bloque del núcleo para favorecer la capacidad de ajuste del diseño del núcleo, que representa un aspecto de la capacidad de ajuste que ofrece el diseño del núcleo 100. Esto puede ayudar al núcleo 100 a cumplir con los requisitos de producción y/o tamaño asociados con la aplicación prevista. En otros aspectos no limitativos contemplados en la presente descripción, las celdas unitarias 102 pueden formarse integralmente a lo largo de al menos una parte de la longitud del núcleo 100, pero configurarse de forma similar para lograr la producción deseada.

[0067] De forma similar, la configuración del reflector 106 representada en la Figura 4B incluye una pluralidad de reflectores 106 que incluyen tambores 108 de control, en donde los reflectores 106 están configurados para extenderse a lo largo de al menos una parte de la longitud L del núcleo 100, sim ilar a la configuración representada y discutida anteriormente con referencia a la Figura 1. Por supuesto, según algunos aspectos no limitativos, los reflectores también pueden formarse integralmente. De nuevo, los reflectores pueden configurarse específicamente para crear espacios ventajosos para promover y mejorar la transferencia de calor en todo el núcleo 100.

[0069] De forma adicional o alternativa, según algunos aspectos no limitativos, puede ser ventajoso que una fila de celdas unitarias 102 se superponga a una fila adyacente de celdas unitarias 102. Por ejemplo, según el aspecto no limitativo de la Figura 4C, se representa una vista lateral de la celda unitaria de la Figura 3 según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Como puede verse en la Figura 4C, las celdas unitarias 102a, 102b están desplazadas entre sí. Dicha superposición puede mejorar la producción de energía y/o la transferencia de calor en todo el núcleo 100 y proporcionar al usuario una variable geométrica más a atenuar para optim izar el rendimiento del núcleo 100 sin alterar drásticamente el diseño del núcleo 100.

[0071] Haciendo referencia ahora a la Figura 5, se representa una vista en perspectiva del núcleo 100 de las Figuras 1-4 según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 5, el núcleo 100 puede ensamblarse para incluir combustible 111, tuberías 113 de calor y barras 115 de control de reactividad dispuestas en toda la pluralidad de celdas unitarias 102 y celdas 108 de control de reactividad. Específicamente, el combustible 111 puede disponerse a lo largo de los canales 110 de combustible (Figura 3) de una o más celdas unitarias 102, pudiendo disponerse las tuberías 113 de calor a lo largo de los canales 112 de tubería de calor (Figura 3) de una o más celdas unitarias 102, pudiendo disponerse las barras 115 de control de reactividad a través de un canal de control de reactividad (no mostrado) de una o más celdas 104 de control de reactividad. Según algunos aspectos no limitativos, el combustible 111 y las tuberías 113 de calor están configurados para extender la longitud L predeterminada del núcleo 100. En otros aspectos no limitativos, las tuberías 113 de calor están configuradas para extender una longitud adicional L' más allá de la longitud predeterminada L del núcleo, para facilitar las conexiones y/o equipos posteriores al núcleo (por ejemplo, sistemas de energía, condensadores, soportes estructurales). Este diseño permite personalizar el núcleo 100 para cualquier aplicación prevista y/o preferencia del usuario, que le permite ser versátil en respuesta a las necesidades del cliente. Sin embargo, ninguna de estas alteraciones puede afectar drásticamente a la física nuclear subyacente ni a la capacidad de fabricación del diseño del núcleo 100, lo que preserva la fiabilidad y la previsibilidad en la producción y funcionamiento del núcleo 100. En otras palabras, el diseño del núcleo ensamblado 100 de la Figura 5 permite que el combustible 111 y las tuberías 113 de calor se configuren específicamente para adaptarse a cualquier requisito de energía y/o configuración estructural específicos sin tener que reinventar el diseño básico del núcleo 100 y asumir los riesgos de desarrollo inherentes.

[0072] Con referencia adicional a la Figura 5, el reflector 106 puede incluir además una pluralidad de tambores 108 de control configurados para alojar materiales absorbentes y reflectantes de neutrones. En el caso de un reactor y/o un corte de energía o una parada del reactor, los tambores 108 de control pueden girar hacia adentro, hacia el núcleo 100, de forma que el material absorbente pueda apagar el núcleo 100. Según un aspecto no limitativo de la Figura 5, el reflector 106 puede incluir además un escudo gamma 109 configurado para rodear sustancialmente un escudo de neutrones, el núcleo 100 y sus componentes internos 102, 104, 111, 113, 115 para mitigar aún más la radiación.

[0074] Haciendo referencia de nuevo a la Figura 5, el núcleo 100 puede incluir además una pluralidad de barras 115 de control de reactividad configuradas para estar dispuestas a través de una o más celdas 104 de control de reactividad de la pluralidad de celdas 104 de control de reactividad. Por ejemplo, las celdas 104 de control de reactividad pueden incluir un canal de barra de control de reactividad similar a los canales 110 de combustible y/o los canales 112 de tubería de calor, pero configurado específicamente para alojar una barra 115 de control de reactividad. Como se ha descrito anteriormente, cada barra 115 de control de reactividad puede incluir un material absorbente de neutrones configurado para ralentizar y/o detener las reacciones nucleares dentro del núcleo 100 en caso de emergencia. Las barras 115 de control de reactividad pueden funcionar colectivamente para impedir que el núcleo 100 alcance una temperatura crítica en caso de fallo de reactor y/o de corte de energía. En consecuencia, la aparición de microrreactores puede aumentar la prevalencia de la tecnología nuclear, haciendo de la seguridad una prioridad más alta.

[0076] Haciendo referencia ahora a la Figura 6, se representa una vista en perspectiva en sección del núcleo 100 de las Figuras 1 -5 según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 6, el núcleo 100, incluido el reflector 106, puede configurarse para situarse dentro de una cubierta externa 117, que puede dotar al núcleo 100 de propiedades estructurales, de blindaje y de transferencia de calor adicionales según la aplicación prevista y/o las preferencias del usuario. En particular, la Figura 6 ilustra cómo las celdas unitarias 102 y las celdas 104 de control de reactividad pueden disponerse entre sí para formar una pluralidad de canales 110 de combustible (Figura 3), canales 112 de tubería de calor (Figura 3) y canales de barra de control de reactividad (no mostrados) que atraviesan un bloque del núcleo 100. La vista en sección representa el combustible 111, las tuberías 113 de calor y las barras 115 de control de reactividad dispuestas dentro de los canales 110, 112, formando de este modo el núcleo funcional del núcleo 100. En consecuencia, se apreciará que el número de celdas unitarias 102 y/o de celdas 104 de control de reactividad puede variarse para ajustar la configuración geométrica y/o de producción del núcleo 100 sin alterar significativamente su diseño.

[0078] Se apreciará que, al menos por las razones anteriores, el diseño del núcleo 100 descrito en la presente memoria incluye una producción ajustable con un alto nivel de preparación para la fabricación. En otras palabras, las técnicas de fabricación existentes pueden utilizarse para fabricar una celda unitaria o un grupo de celdas unitarias, el reflector y/o el conjunto general descrito en la presente memoria. En consecuencia, el núcleo 100 puede ensamblarse para un control durante el proceso de los componentes centrales individuales (por ejemplo, celdas unitarias, segmentos reflectores) y puede incluir componentes que sean fáciles de sustituir y/o modificar según sea necesario. Estas características facilitan la escalabilidad del núcleo 100 y son especialmente valiosas en comparación con las configuraciones de núcleo monolítico.

[0080] Haciendo referencia ahora a las Figuras 7A-9C, se ilustran varias distribuciones de tensión del núcleo 100 de las Figuras 1 -6 según al menos un aspecto de la presente descripción. Por ejemplo, las Figuras 7A y 7B ilustran una distribución de temperatura de al menos una parte del núcleo de las Figuras 1 -6. Como se ha descrito anteriormente, las celdas unitarias 102 pueden disponerse de forma que no exista un espacio mayor que el espacio predeterminado G (Figura 3) entre dos celdas 102 adyacentes. El espacio G (Figura 3) permite que las tuberías de calor vecinas de las celdas unitarias 102 adyacentes disipen el exceso de calor en caso de fallo de la tubería de calor. Por ejemplo, en la Figura 7A, se representa una distribución de temperatura típica sin degradación por eliminación de calor. Sin embargo, en la Figura 7B, una tubería de calor ha fallado, como se representa con la concentración de temperatura en el punto A. Debido a que las celdas unitarias vecinas 102 están situadas a no más de un espacio predeterminado G de la celda unitaria 102 con la tubería de calor defectuosa, el exceso de calor puede ser disipado por las tuberías de calor vecinas. Esto es evidente en la disipación del gradiente térmico representado en la Figura 7B. En otras palabras, el núcleo 100 puede configurarse específicamente de forma que las celdas unitarias vecinas 102 puedan ayudar a eliminar el calor en caso de que falle la tubería de calor.

[0081] Las Figuras 8A y 8B ilustran una comparación de las distribuciones de tensión en al menos una parte del núcleo de las Figuras 1-6 con las distribuciones de tensión en un núcleo monolítico convencional, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Como es evidente a partir de las Figuras 8A y 8B, la tensión equivalente en la configuración mejorada del núcleo 100 de las Figuras 1-6 se reduce en comparación con las tensiones en un núcleo monolítico. Aunque el patrón de distribución de las tensiones es similar, la magnitud de las tensiones experimentadas es significativamente menor. Las Figuras 9A-C ilustran distribuciones simuladas de temperatura y estrés para un nivel de potencia máximo esperado del núcleo de las Figuras 1-6, según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. En consecuencia, las Figuras 9A-9C ilustran que las tensiones generales experimentadas por el núcleo 100 y sus componentes están por debajo de los límites convencionales para las condiciones de funcionamiento de un reactor nuclear. En consecuencia, las Figuras 9A-9C ilustran que, incluso cuando se ajusta la producción del núcleo, el diseño del núcleo 100 puede facilitar capacidades de gestión térmica suficientes para que las tensiones experimentadas por el núcleo 100 sigan cumpliendo con otros requisitos del cliente y/o con normativas internas y gubernamentales.

[0083] Haciendo referencia ahora a la Figura 10, se representa un método 200 para ajustar la potencia de producción de un núcleo de un reactor nuclear según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 10, el método 200 puede incluir ajustar la potencia de un núcleo que incluye una pluralidad de celdas unitarias. Cada celda unitaria de la pluralidad de celdas unitarias está configurada para alojar un combustible configurado para generar energía. Además, cada celda unitaria de la pluralidad de celdas unitarias está configurada para alojar una tubería de calor configurada para transferir energía térmica lejos del núcleo. Un número inicial de celdas unitarias en la pluralidad de celdas unitarias corresponde a una potencia inicial del núcleo. Por ejemplo, la potencia inicial podría ser una producción estandarizada de la línea de productos principal, que tiene en cuenta la producción promedio deseada por los clientes de la línea de productos. Esto puede minimizar la cantidad de ajustes necesarios y, por lo tanto, reducir la cantidad de desarrollo y riesgo necesarios para ajustar la producción del núcleo.

[0084] Haciendo referencia adicional a la Figura 10, el método 200 puede incluir determ inar una cantidad de combustible basándose en la potencia deseada del núcleo 202. Por ejemplo, la potencia deseada del núcleo puede corresponder a una aplicación prevista del reactor nuclear. Si el reactor nuclear va a alimentar más equipos de los que puede proporcionar el producto inicial estándar, la potencia deseada sería mayor que la potencia inicial. De forma alternativa, la aplicación podría requerir menos energía, pero también ofrecer al núcleo menos espacio. En consecuencia, debería reducirse la producción y, por lo tanto, el espacio ocupado por el núcleo. A continuación, el método incluye determinar un número de tubos de calor basándose en un requisito predeterminado del núcleo 204. Por ejemplo, el reactor nuclear podría tener que cumplir con requisitos térmicos contractuales, internos o gubernamentales o con factores de seguridad. Esto podría afectar al número de tubos de calor necesarios para mantener la producción deseada de conformidad con los requisitos impuestos al reactor nuclear.

[0086] Haciendo referencia todavía a la Figura 10, el método 200 incluye además determ inar un número de celdas unitarias basado en la cantidad determinada de combustible y en el número determinado de tubos 206 de calor. En otras palabras, el método exige la optimización de los requisitos de potencia y cumplimiento. Esta optimización se integra a continuación en el diseño del núcleo modular. Posteriormente, el método incluye alterar mecánicamente la pluralidad de celdas unitarias de forma que el número inicial de celdas unitarias se convierta en el número determinado de celdas unitarias 208. En consecuencia, el núcleo escalable se modifica para ser conforme con la configuración determinada en función de la potencia de producción deseada y el cumplim iento de los requisitos.

[0087] Haciendo referencia ahora a la Figura 11A, se representa una vista superior de una celda unitaria 1100a que incluye un diseño configurable según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 11A, la celda unitaria 1100a puede incluir una pluralidad de canales 1104, 1106 definidos dentro de un material 1102 de bloque del núcleo. Por ejemplo, la celda unitaria 1100a puede incluir una pluralidad de canales 1104 de combustible y/o una pluralidad de canales 1106 de tubería de calor. Los canales 1104, 1106 de la celda unitaria 1100a pueden configurarse para alojar varios componentes intercambiables requeridos por el núcleo de un reactor nuclear y pueden disponerse en un patrón configurable para lograr la criticidad y/o la producción deseada del reactor nuclear. Según algunos aspectos no limitativos, cada canal 1104, 1106 puede configurarse simultáneamente para alojar cualquiera de los componentes intercambiables, incluidas las fuentes de combustible y/o las tuberías de calor. Como tal, la celda unitaria 1100a de la Figura 11A puede ser un componente integral de una pluralidad de celdas unitarias integradas 1100a que forman un núcleo de un reactor nuclear que depende de tuberías de combustible y calor para generar electricidad y eliminar la energía térmica resultante. Según el aspecto no limitativo de la Figura 11A, el diseño de la celda unitaria 1100a puede ser configurable, es decir, el número y/o localización de los canales 1104, 1106 pueden reorganizarse para alterar el rendimiento del núcleo, siempre que la celda unitaria 1100a cumpla en última instancia con los requisitos nucleares y/o físicos y térmicos.

[0089] Según el aspecto no limitativo de la Figura 11A, el material 1102 de bloque del núcleo de la celda unitaria 1100a puede configurarse específicamente para complementar y/o sustituir a los moderadores que normalmente requieren otros diseños de núcleo. Por ejemplo, el material 1102 del bloque del núcleo puede seleccionarse específicamente para incluir propiedades que puedan reducir la velocidad de los neutrones emitidos por las fuentes de combustible instaladas dentro de los canales 1104 de combustible de la celda unitaria 1100a. Como tal, el propio material 1102 del bloque del núcleo puede controlar la velocidad de fisión que se produce dentro del canal 1104 de combustible de la celda unitaria 1100a. En consecuencia, la celda unitaria 1100a puede reducir y/o eliminar la necesidad de incorporar moderadores adicionales que, de otro modo, pueden reducir la capacidad de la celda unitaria 1100a para alojar tubos de combustible y/o calor. Sin necesidad de canales moderadores, la celda unitaria 1100a puede hacer un uso más eficiente de su diseño y, en última instancia, reducir el tamaño del núcleo al tiempo que mejora el rendimiento de producción del reactor nuclear. También se apreciará que el material 1102 del bloque del núcleo puede configurarse además para incluir una serie de propiedades físicas deseables (por ejemplo, módulo de elasticidad, conductividad térmica, resistencia, espesor de banda y/o expansión térmica) para resistir las tensiones nucleares, estructurales y/o térmicas de la celda unitaria 1100a.

[0091] En referencia adicional a la Figura 11A, la celda unitaria 1100a puede incluir además una pluralidad de canales 1104 de combustible configurados para acomodar una variedad de tipos de combustible (por ejemplo, dióxido de uranio, combustibles de partículas isotrópicas triestructurales con núcleos de nitruro de uranio u oxicarburo de uranio). El diseño de la celda unitaria 1100a de la Figura 11A puede configurarse específicamente para un tipo de combustible particular, o el diseño de la celda unitaria 1100a puede configurarse universalmente para adaptarse a cualquier número de tipos de combustible en una configuración estándar. Además, la celda unitaria 1100a puede adaptarse a una variedad de configuraciones de combustible basándose en un requisito deseado de utilización y/o moderación del combustible. Según el aspecto no limitativo en donde el material 1102 del bloque del núcleo de la celda unitaria 1100a puede configurarse específicamente para complementar y/o sustituir a los moderadores, el combustible 1104 también puede configurarse para acomodar una variedad de fuentes de combustible y/o moderadores secundarios para optimizar las variables de rendimiento del reactor y garantizar el cumplimiento de diversos requisitos y/o normas, que varían según la aplicación. En consecuencia, el diseño de celda unitaria 1100a única de la Figura 11A puede configurarse y reconfigurarse según se desee.

[0093] El diseño configurable del bloque de celdas 1100a de la Figura 11A proporciona numerosas ventajas, tales como la aplicabilidad a varios diseños de reactores que requieran configuraciones de moderador variables. Por ejemplo, el diseño de la celda unitaria 1100a de la Figura 11A puede incluir una fuente de combustible de nitruro de uranio y/o de partículas isotrópicas triestructurales instalada dentro de un subconjunto de la pluralidad de canales 1104 de combustible. Según dichos aspectos, la celda unitaria 1100a podría cumplir con un requisito de transporte de un reactor nuclear, pero tener dificultades en lo referente a la utilización de combustible. En consecuencia, el usuario puede decidir insertar moderadores secundarios (por ejemplo, material basado en hidruro, óxido de berilio) en un subconjunto de la pluralidad de canales 1104 de combustible para atenuar el rendimiento del reactor y, por lo tanto, mejorar la utilización del combustible.

[0095] Según otro aspecto no limitativo, la celda unitaria 1100a puede incluir una fuente de combustible de dióxido de uranio y/o nitruro de uranio dentro de un subconjunto de la pluralidad de canales 1104 de combustible para optimizar la utilización del combustible, pero probablemente requerirá el uso de un moderador secundario en otros canales 1104 de combustible para cumplir con los requisitos de transporte del reactor. Ninguno de los ejemplos anteriores pretende ser limitativo, sino que se presenta exclusivamente para ilustrar cómo el diseño de la celda unitaria 1100a de la Figura 11A puede configurarse para optim izar el rendimiento del reactor para cumplir con una serie de distintos requisitos y/o normas. En consecuencia, un diseño 1100a de celda unitaria única puede ser aplicable y configurarse específicamente para una amplia gama de aplicaciones de reactores nucleares (por ejemplo, reactores móviles, reactores transportables, reactores estacionarios). La agilización de la producción de las celdas unitarias 1100a y 1100b para incluir un diseño único y configurable, como los que se muestran en las Figuras 11A y 11B, puede favorecer la preparación para la fabricación y facilitar el uso de las técnicas de fabricación existentes.

[0097] Haciendo referencia ahora a la Figura 11B, se representa otra celda unitaria que incluye un diseño configurable según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. La celda unitaria 1100b está configurada de forma sim ilar a la celda unitaria 1100a de la Figura 11A. Sin embargo, según el aspecto no limitativo de la Figura 11B, la celda unitaria 1100b puede incluir además uno o más canales 1108 de control de reactividad configurados para alojar una barra de control de reactividad, que puede funcionar para impedir que el núcleo 100 alcance una temperatura crítica en caso de un fallo en el reactor y/o de un corte de energía. Por ejemplo, los canales 1108 de control de reactividad de la celda unitaria 1100b de la Figura 11B pueden alojar barras de control de reactividad que incluyan un material absorbente de neutrones configurado para ralentizar y/o detener las reacciones nucleares que se producen dentro de los canales 1104 de combustible en caso de emergencia.

[0099] En referencia adicional a la Figura 11B, el canal 1108 de control de reactividad puede ser más grande que los canales 1104 de combustible y los canales 1106 de tubería de calor de la celda unitaria 1100b. Sin embargo, la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos en donde los canales 1108 de control de reactividad pueden incluir diversos tamaños y/o configuraciones geométricas distintos en relación con los canales 1104 de combustible y los canales 1106 de tubería de calor de la celda unitaria 1100b. De forma adicional o alternativa, la celda unitaria 1100b de la Figura 11B puede configurarse para acoplarse a la celda unitaria 1108a de la Figura 11 A, estableciendo de este modo un núcleo con una configuración de control de reactividad con un mayor cumplimiento de los requisitos y/o normas específicos de la aplicación. En consecuencia, las celdas unitarias 1100a, 1100b de las Figuras 11A y 11B pueden proporcionar colectivamente un beneficio adicional a los microrreactores modernos. Como se ha explicado anteriormente, dichos microrreactores son compactos y, por lo tanto, aumentan la prevalencia de la tecnología nuclear. Por lo tanto, la seguridad sigue siendo una prioridad elevada a la hora de diseñar el núcleo de un reactor nuclear. El diseño configurable de la celda unitaria 1100b puede permitir personalizar el diseño del núcleo y, por lo tanto, puede ayudar a mitigar los riesgos inherentes al uso de la tecnología nuclear.

[0100] Aunque las celdas unitarias 1100a, 1100b de las Figuras 11A y 11B pueden incluir una configuración hexagonal, se apreciará que la configuración hexagonal se representa exclusivamente con fines ilustrativos. Por lo tanto, la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos en los que las celdas unitarias 1100a, 1100b pueden incluir cualquier número de configuraciones geométricas (por ejemplo, cuadradas, circulares, triangulares, rectangulares, pentagonales, octogonales) y, por lo tanto, pueden disponerse para formar núcleos de muchas configuraciones geométricas distintas. De forma adicional o alternativa, los canales 1104, 1106, 1108 pueden incluir cualquier configuración geométrica y no pretenden limitarse a las geometrías circulares representadas en las Figuras 11A y 11B. Se apreciará que las características modulares y reconfigurables de las celdas unitarias 1100a, 1100b pueden aplicarse igualmente a canales de secciones transversales geométricas variables (por ejemplo, cuadrados, circulares, triangulares, rectangulares, pentagonales, octogonales).

[0102] Se apreciará que el diseño de las celdas unitarias 1100a, 1100b puede configurarse específicamente en función de la aplicación prevista y/o de las preferencias del usuario. Esto permite que cualquier núcleo construido a partir de las celdas unitarias 1100a, 1100b se diseñe de forma flexible para adaptarse a la versatilidad que se espera de los microrreactores modernos. Por ejemplo, la disposición de los canales 1104, 1106, 1108 puede incluir un paso P predeterminado entre los canales. El paso P puede configurarse específicamente basándose en el tipo de combustible particular previsto para el núcleo. Por ejemplo, el paso P de las Figuras 11A y 11B puede incluir una magnitud dimensional mayor o igual a 20 milímetros e inferior o igual a 40 milímetros. Sin embargo, la presente descripción contempla otros aspectos no limitativos que incluyen pasos de magnitudes dimensionales variables basados en cualquier otra característica nuclear y/o térmica del núcleo, dependiendo de la aplicación prevista y/o de las preferencias del usuario.

[0104] De igual forma, cada canal 1104, 1106, 1108 de las celdas unitarias 1100a, 1100b de las Figuras 11A y 11B puede incluir un diámetro de canal predeterminado D<c>que puede diseñarse para establecer un espacio deseado para acomodar el combustible, la tubería de calor y/o la barra de control de reactividad, respectivamente. En consecuencia, el diámetro del canal D<c>puede configurarse específicamente para una cantidad deseada de capacidad de generación nuclear, de eliminación de calor y/o de control de reactividad, dependiendo de la aplicación prevista y/o de la presencia del usuario. Se apreciará que, a medida que el diámetro del canal D<c>se ajusta para adaptarse a diferentes fuentes de combustible (por ejemplo, barras, pilas, gránulos y/o compactos), pueden ser necesarios reajustes posteriores del paso P, especialmente si se aumenta el diámetro del canal D<c>para adaptarse a fuentes de combustible más amplias para lograr potencias nominales más altas. De forma adicional o alternativa, cada canal 1104, 1106, 1108 de las celdas unitarias 1100a, 1100b puede disponerse de modo que exista un espacio radial predeterminado G<r>entre los canales 1104, 1106, 1108. El espacio radial G<r>puede seleccionarse para asegurar que se mantenga una cierta proximidad entre los canales 1104, 1106, 1108. En consecuencia, los canales 1104, 1106, 1108 están dispuestos para lograr colectivamente una expectativa de rendimiento de la celda unitaria 1100a, 1100b. Por ejemplo, si falla una primera tubería de calor, una tubería de calor en un canal vecino puede compensar el fallo transfiriendo el exceso de calor desde la celda unitaria 1100a, 1100b y, por lo tanto, desde el núcleo mismo. Esto garantiza que las celdas unitarias 1100a, 1100b puedan cumplir con los requisitos de rendimiento y/o normas de seguridad aplicables en caso de fallo.

[0105] En otras palabras, los canales 1104, 1106, 1108 de las celdas unitarias 1100a, 1100b de las Figuras 11A y 11B pueden configurarse fácilmente para adaptarse a cualquier restricción de diseño nuclear, térmico y/o de seguridad. El espacio radial típico entre los elementos del diseño variará según el tipo de interfaz, las dimensiones del combustible y de la tubería de calor, la tasa de generación de calor requerida y el gas de cubierta (llenado) utilizado. Sin embargo, modificar cualquiera de las dimensiones mencionadas anteriormente (por ejemplo, paso P, diámetro del canal DC, espacio radial G<r>, espesor de la banda) para alterar la configuración geométrica de la celda unitaria 1100a, 1100b, canales 1104, 1106, 1108 no alterará la preparación para la fabricación, los estándares o los límites mencionados anteriormente.

[0107] Haciendo referencia ahora a las Figuras 12A a 12C, se ilustra una vista desde arriba de otra celda unitaria 1200 que incluye un diseño configurable en configuraciones variables según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de las Figuras 12A, se representa una configuración de celda unitaria de referencia, en donde el combustible 1206 se sitúa en canales que rodean una tubería 1204 de calor central en una configuración hexagonal. Según el aspecto no limitativo de la Figura 12A, la configuración de la celda unitaria 1200a de referencia no incluye moderadores secundarios instalados dentro de ninguno de los canales. De forma alternativa, la configuración de la celda unitaria 1200a de referencia puede incluir un material 1202 de bloque del núcleo que sirva como moderador (por ejemplo, grafito).

[0109] Haciendo referencia ahora a la Figura 12B, se representa una segunda configuración 1200b de celda unitaria según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 12B, la celda unitaria 1200b puede incluir moderadores 1210 basados en berilio (por ejemplo, carburo de berilio, óxido de berilio) interpuestos entre los canales que incluyen el combustible 1206, que son los mismos que los canales representados en la Figura 12A. Haciendo referencia ahora a la Figura 12C, se representa una tercera configuración de celda unitaria 1200c según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. De forma similar al aspecto de la Figura 12B, la configuración de celda unitaria 1200c de la Figura 12C puede incluir moderadores 1212 interpuestos entre los canales que alojan las fuentes 1206 de combustible. Sin embargo, según el aspecto no limitativo de la Figura 12C, los moderadores pueden incluir un material basado en hidruro (por ejemplo, hidruro de itrio, hidruro de circonio).

[0111] En conjunto, las Figuras 12A a 12C ilustran cómo una sola celda unitaria 1200, o las celdas unitarias 1100a, 1100b de las Figuras 11A y 11B, pueden incluir diseños configurables que pueden alterar la producción y/o el rendimiento del núcleo de un reactor nuclear en cumplimiento con una amplia variedad de requisitos y/o regulaciones específicas de la aplicación, al tiempo que se preserva un nivel de preparación de fabricación deseable. Aunque las configuraciones de celdas unitarias 1200a, 1200b, 1200c no limitativas ilustran el uso de diferentes moderadores 1202, 1210, 1212 en todo el núcleo del reactor nuclear, se apreciará que las configuraciones de celdas unitarias 1200a, 1200b, 1200c pueden aplicar principios modulares similares para efectuar cualquier número de parámetros del núcleo, incluido el uso de distintas fuentes de combustible y/o barras de control de reactividad.

[0113] Haciendo referencia ahora a la Figura 15, se representa un método 1500 para configurar una celda unitaria de un núcleo de un reactor nuclear según al menos un aspecto no limitativo de la presente descripción. Según el aspecto no limitativo de la Figura 15, el método 1500 puede incluir determinar una condición de funcionamiento del núcleo, en donde la condición de funcionamiento corresponde a una aplicación prevista y/o preferencia del usuario del reactor nuclear 1502. Esta etapa es indicativa de la mayor versatilidad que ofrecen los reactores nucleares modernos. A continuación, el método 1500 determina un parámetro de rendimiento de la celda unitaria que comprende un aspecto de la condición operativa 1504. Por ejemplo, la aplicación específica del reactor podría requerir una potencia de producción particular o una capacidad de moderador del núcleo. En consecuencia, el usuario puede analizar las condiciones de funcionamiento en uno o más parámetros de rendimiento que pueden influir en el diseño del núcleo y, más específicamente, en el diseño de la celda unitaria. A continuación, el método 1500 incluye la selección de un componente intercambiable que corresponde al parámetro 1506 de rendimiento. Según el parámetro de rendimiento seleccionado, el usuario puede elegir una fuente de combustible de un tipo o composición en particular, una barra de control de reactividad o una tubería de calor para su inclusión en el diseño de la celda unitaria. Por último, el método incluye la instalación del componente intercambiable seleccionado en un canal de la pluralidad de canales 1508. El método 1500 puede repetirse hasta que los canales de la celda unitaria estén llenos de los componentes intercambiables requeridos, de modo que el núcleo pueda alcanzar las condiciones de funcionamiento y ser efectivo en la aplicación prevista.

[0115] La presente invención se ha descrito con referencia a diversos aspectos que tienen por objeto ser de ejemplo e ilustrativos. Se entiende que los aspectos descritos en la presente memoria proporcionan características ilustrativas con detalles variables de diversos aspectos de la invención expuesta; y por lo tanto, salvo que se indique lo contrario, debe entenderse que, en la medida de lo posible, una o más características, elementos, componentes, constituyentes, ingredientes, estructuras, módulos y/o aspectos de los aspectos expuestos pueden combinarse, separarse, intercambiarse y/o reorganizarse con o con respecto a una o más características, elementos, componentes, constituyentes, ingredientes, estructuras, módulos y/o aspectos de los aspectos expuestos sin abandonar el ámbito de la invención expuesta. En consecuencia, los expertos en la técnica reconocerán que pueden realizarse diversas sustituciones, modificaciones o combinaciones de cualquiera de los aspectos ilustrativos sin abandonar el ámbito de la invención. Además, los expertos en la técnica, al revisar esta memoria descriptiva, podrán captar o determinar muchos equivalentes a las diversas realizaciones de la invención descrita en la presente memoria, a través de la mera experimentación de rutina. Por lo tanto, la invención no está limitada por la descripción de las diversas realizaciones, sino más bien por las reivindicaciones.

[0117] Los expertos en la técnica reconocerán que, en general, los términos utilizados en la presente memoria y especialmente en las reivindicaciones adjuntas (p. ej., los cuerpos de las reivindicaciones adjuntas) generalmente pretenden ser términos “abiertos” (p. ej., el término “que incluye” debe interpretarse como “que incluye, aunque no de forma limitativa” , el término “que tiene” debe interpretarse como “que tiene al menos” , el término “ incluye” debe interpretarse como “ incluye, aunque no de forma limitativa” , etc.). Los expertos en la técnica entenderán además que, si se pretende un número específico de recitación de una reivindicación introducida, tal intención estará recitada explícitamente en la reivindicación y, en ausencia de tal recitación, tal intención no está presente. Por ejemplo, como ayuda a la comprensión, las siguientes reivindicaciones adjuntas pueden contener el uso de las frases introductorias “ al menos una” y “una o más” para introducir recitaciones de reivindicaciones. Sin embargo, el uso de tales frases no debe interpretarse en el sentido de que la introducción de una recitación de una reivindicación en los artículos indefinidos “un” o “una” limite cualquier afirmación en particular que contenga tal recitación de reivindicación introducida a las reivindicaciones que contengan solo una de esas recitaciones, aun cuando la misma reivindicación incluya las frases introductorias “ una o más” o “al menos una” y artículos indefinidos tales como “un” o “ una” (p. ej., “un” y/o “ una” debería interpretarse de forma típica en el sentido de “al menos uno” o “uno o más” ); lo mismo ocurre con el uso de artículos definidos que se utilizan para introducir recitaciones de reivindicaciones.

[0119] Además, aun si se cita explícitamente un número específico de una recitación de reivindicación introducida, los expertos en la técnica reconocerán que tal recitación debe interpretarse de forma típica en el sentido de al menos el número recitado (p. ej., la simple recitación de “dos recitaciones” , sin otros modificadores, significa de forma típica al menos dos recitaciones, o dos o más recitaciones). Además, en los casos en que se utilice una convención análoga a “ al menos una de las normas A, B y C, etc.” , tal estructura se entiende generalmente en el sentido en que un experto en la técnica entendería la convención (p. ej., “ un sistema que tenga al menos uno de A, B y C” incluiría, aunque no de forma limitativa, los sistemas que tienen A solo, B solo, C solo, A y B juntos, A y C juntos, B y C juntos, y/o A, B y C juntos, etc.). En los casos en que se utilice una convención análoga a “al menos una de A, B o C, etc.” , generalmente, tal estructura se entiende en el sentido en que un experto en la técnica entendería la convención (p. ej., “ un sistema que tenga al menos uno de A, B o C” incluiría, aunque no de forma limitativa, los sistemas que tienen A solo, B solo, A y B juntos, A y C juntos, B y C juntos, y/o A, B y C juntos, etc.). Los expertos en la técnica comprenderán además que, típicamente, una palabra y/o frase disyuntiva que presente dos o más términos alternativos, ya sea en la descripción, las reivindicaciones o los dibujos, debe entenderse como que contempla las posibilidades de incluir uno de los términos, cualquiera de los términos o ambos términos, a menos que el contexto dicte lo contrario. Por ejemplo, típicamente se entenderá que la frase “A o B” incluye las posibilidades de “A” o “ B” o “A y B” .

[0120] Conviene señalar que cualquier referencia a “ un solo aspecto” , “ un aspecto” , “ una ejemplificación” , “ una sola ejemplificación” y similares significa que una característica, estructura o rasgo particular descrito en relación con el aspecto está incluida en al menos un aspecto. Por lo tanto, las apariciones de las expresiones “en un único aspecto” , “ en un aspecto” , “en una ejemplificación” y “ en una sola ejemplificación” en diversos lugares a lo largo de la memoria descriptiva no se refieren necesariamente todas al mismo aspecto. Además, las características, estructuras o rasgos particulares se pueden combinar de cualquier manera adecuada en uno o más aspectos.

[0121] Como se utiliza en la presente memoria, la forma singular de “ un” , “ una” , “el” y “ la” incluye las referencias en plural a menos que el contexto indique claramente de cualquier otro modo.

[0123] Las expresiones direccionales utilizadas en la presente memoria, tales como, por ejemplo y sin limitación, arriba, abajo, izquierda, derecha, inferior, superior, frontal, posterior y sus variaciones, se referirán a la orientación de los elementos que se muestran en el dibujo adjunto y no limitan las reivindicaciones a menos que se indique expresamente lo contrario.

[0124] Los términos “alrededor de” o “ aproximadamente” , tal como se usan en la presente descripción, a menos que se especifique lo contrario, significan un error aceptable para un valor particular según lo determine un experto en la técnica, que depende en parte de cómo se mide o determina el valor. En ciertos aspectos, los términos “ alrededor de” o “ aproximadamente” significan dentro de 1,2, 3 o 4 desviaciones estándar. En ciertos aspectos, el término “aproximadamente” significa dentro del 50 %, 200 %, 105 %, 100 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 % o 0,05 % de un valor o intervalo dado.

[0125] En esta memoria descriptiva, salvo que se indique lo contrario, todos los parámetros numéricos deben entenderse como precedidos y modificados en todos los casos por el término “ aproximadamente” , en donde los parámetros numéricos poseen la característica de variabilidad inherente de las técnicas de medición subyacentes utilizadas para determinar el valor numérico del parámetro. Como mínimo, y no como un intento de limitar la aplicación de la doctrina de los equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parámetro numérico descrito en la presente memoria debe al menos ser interpretado a la luz del número de dígitos significativos informados y aplicando técnicas de redondeo ordinarias.

[0126] Los términos “comprender” (y cualquier forma de comprender, tales como “ comprende” y “que comprende” ), “tener” (y cualquier forma de tener, tales como “tiene” y “que tiene” ), “ incluir” (y cualquier forma de incluir, tales como “ incluye” y “que incluye” ) y “ contener” (y cualquier forma de contener, tales como “contiene” y “que contiene” ) son verbos de enlace abierto. Como resultado, un sistema que “comprende” , “ tiene” , “ incluye” o “ contiene” uno o más elementos posee esos uno o más elementos, pero no se limita a poseer solo esos uno o más elementos. Del mismo modo, un elemento de un sistema, dispositivo o aparato que “comprende” , “ tiene” , “ incluye” o “ contiene” una o más características posee esas una o más características, pero no se limita a poseer solo esas una o más características.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

i.Un núcleo de reactor nuclear que comprende:

una pluralidad de componentes intercambiables, en donde cada componente intercambiable de la pluralidad de componentes intercambiables está configurado para afectar a un parámetro de rendimiento del núcleo (100); y

una pluralidad de celdas unitarias configurables, en donde cada celda unitaria configurable de la pluralidad de celdas unitarias configurables está formada por un material de bloque del núcleo, y en donde la pluralidad de celdas unitarias configurables comprende:

una celda unitaria (102) estándar que comprende una primera pluralidad de canales definidos dentro del material del bloque del núcleo, en donde cada canal de la primera pluralidad de canales está configurado para acoplarse a un componente intercambiable de la pluralidad de componentes intercambiables en una configuración operativa; y

una celda (104) de control de reactividad que comprende una segunda pluralidad de canales definidos dentro del material del bloque del núcleo, en donde cada canal de la segunda pluralidad de canales está configurado para acoplarse a un componente intercambiable de la pluralidad de componentes intercambiables en la configuración operativa, en donde al menos un canal de la segunda pluralidad de canales está configurado para acoplarse a una barra de control de reactividad;

caracterizado por que

la pluralidad de componentes intercambiables y la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) están dispuestos en una pluralidad de filas, en donde al menos una fila (102a) de la pluralidad de filas se superpone a una fila adyacente (102b) de la pluralidad de filas, de modo que las celdas unitarias de la al menos una fila y la fila adyacente están desplazadas entre sí.

2. El núcleo de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de componentes intercambiables comprende al menos uno de entre una fuente (111) de combustible, una tubería (113) de calor y una barra (115) de control de reactividad, o combinaciones de los mismos.

3. El núcleo de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el material del bloque del núcleo comprende un moderador, y en donde la pluralidad de canales de cada celda unitaria configurable en la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) están dispuestos específicamente de forma que el material del bloque del núcleo pueda moderar la energía nuclear generada en la configuración operativa.

4. El núcleo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el material del bloque del núcleo comprende grafito.

5. El núcleo de la reivindicación 2, en donde la pluralidad de componentes intercambiables comprende al menos uno de entre una fuente de combustible, una tubería de calor, un moderador y una barra de control de reactividad, o combinaciones de los mismos.

6. El núcleo de la reivindicación 1, en donde cada celda unitaria configurable de la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) está configurada modularmente para acoplarse a una celda unitaria configurable adyacente de la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) del núcleo (100), de forma que puede ajustarse el número de celdas unitarias configurables en la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) del núcleo (100).

7. El núcleo de la reivindicación 6, en donde cada celda unitaria configurable de la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) está dispuesta de forma que exista un espacio predeterminado entre la celda unitaria configurable y una segunda celda unitaria de la pluralidad de celdas unitarias configurables (102, 104) del núcleo (100), y en donde el espacio predeterminado corresponde a un parámetro de transferencia de calor predeterminado del núcleo (100) en caso de fallo en la tubería de calor.

8.El núcleo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde los canales adyacentes de la primera pluralidad de canales (1104, 1106, 1108) están separados por un paso (P) que es mayor o igual a 20 milímetros y menor o igual a 40 milímetros.