JP2022521858A - 機能的に等級付けされた格子サーメット燃料構造 - Google Patents

Abstract

各推進分裂炉構造は、燃料要素構造を含む活性炉心領域と、回転可能な中性子吸収構造体（ドラム吸収体など）を有する反射器と、燃料要素構造の外面を反射器にコンフォーマル組合せする炉心フォーマとを有する。燃料要素構造は、トリピッチ設計で、最も近くの燃料要素構造に隣接して配置されている。冷却材チャンネルを規定するクラッド本体は、下部および上部の炉心プレートに挿入され、接合され、格納容器構造の第１部分となる連続構造を形成している。核推進分裂炉構造は、宇宙推進などの推進用途の核熱推進エンジンに組み込むことができる。【選択図】図３

Description

本開示は、数学的に基づく周期的固体の表面によって規定されたチャンネルのネットワークを含む構造を有する、核燃料セグメントおよび核燃料セグメントを作製する方法に関する。数学的に基づく周期的固体の例は、３倍周期の最小表面を含む。そのような固体が核分裂性燃料を含む組成物で作られた場合、その構造体は、核熱推進（ＮＴＰ）炉または地上の原子炉などの原子力用途における、核燃料セグメントとして使用されることができる。本開示はまた、数学的に基づく周期的固体のそれらに対応する表面を有する構造に関し、それはまた、個々の核燃料セグメントだけでなく、活性コア領域および原子炉全体の両方のスケールで、一定（濃縮度で±２％）の比濃縮度（単位体積当たりの％濃縮度）を維持する。核燃料セグメントは、例えば、アディティブマニュファクチャリングプロセスによって、製造されることができる。

以下の議論では、特定の構造および/または方法に言及する。しかし、以下の参照は、これらの構造および/または方法が先行技術を構成するものであることを、認めるものと解釈すべきではない。出願人は、このような構造および／または方法が本発明に対する先行技術として適格ではないことを証明する権利を、明示的に留保する。

三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）は、ランク３の格子並進下において不変である、３次元空間における最小表面である。ＴＰＭＳの表面は、結晶群の対称性を有しており、その例は、立方体、正方体、菱形、斜方体の対称性を、含む。図１は、列状に配置されたＴＰＭＳ構造１０のペアの例を、示している。各組（すなわち、列１のペアａ～ｄおよび列２のペアｅ～ｈ）は、ベースユニット（または。部分ベースユニット）２０と、本体３０を形成する複数のベースユニットとを、含む。図１では、ＴＰＭＳの各表現は、説明のために、立方体のフォームファクタで囲まれている。例となるＴＰＭＳ構造の他の画像は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる、非特許文献１で見出される。

ＴＰＭＳは、様々な目的で研究されてきた。例えば、ＴＰＭＳは、自然科学の分野で普及している（非特許文献２参照、その内容は参照により本明細書に組み込まれており、ＴＰＭＳが自然科学の分野で普及していることが記載されている）。

http://facstaff.susqu.edu/brakke/evolver/examples/periodic/periodic.html A.Schoen, "Infinite Periodic Minimal Surfaces without Self-Intersections" NASA Technical Note TN D-5541 (1970)

上記を考慮すると、三重周期最小表面などの数学的に基づく周期的固体の構造に対応する核燃料セグメントの構造が構造体を有すること、および、数学的に基づく周期的固体の周期性および対称性を含む構造体を維持しつつ、そのような核燃料セグメントが、原子炉に組み入れられることは、有利である。このような構造体は、数学的に基づく周期的固体の表面によって規定されるチャンネルのネットワークを有し、最大２０％の濃縮度を有する核分裂性燃料を含む組成を有する材料で形成されることができる。核分裂性燃料は、構造体の比濃縮度（単位体積当たりの％濃縮度）が一定（濃縮度で±２％）になるように、数学的根拠に基づく周期的固体の構造体内に分配されることができる。さらに、一定（濃縮度で±２％）の比濃縮度は、核燃料セグメント内だけでなく、原子炉の活性炉心領域全体、すなわち、複数の核燃料セグメント全体に均一に存在することができ、それに伴って原子炉のニュートロニクスが向上する。核燃料セグメントは、例えば、アディティブマニュファクチャリング技術によって、製造されることができる。

一般に、本開示は、核ベースの推進システム内のエンジンとして使用するのに適した、核分裂炉構造にも向けられている。例示的な実施の形態では、核分裂炉構造は、複数の核燃料セグメントを利用しており、これらの核燃料セグメントはそれぞれ、数学的に基づく周期的固体の表面によって規定されたチャンネルのネットワークを有し、構造の比濃縮度（単位体積当たりの％濃縮度）が一定（濃縮度で±２％）になるように数学的に基づく周期的固体の構造内に分散された、最大２０％の濃縮度を有する核分裂性燃料を含む組成を有する材料で形成されている。この核分裂炉構造体は、核熱推進炉とエンジンの船体に収容されている。核分裂炉構造体の冷却材（冷却媒体ともいう）としては、推進ガスが用いられる。核融合炉構造体で過熱された推進ガスは、ノズルから出て、推力と衝動を発生させる。

核燃料セグメントの実施の形態は、数学的に基づく周期的固体に対応する形状の構造を有する、本体を備える。数学ベースの周期的固体の表面は、本体内の複数のチャンネルを規定し、チャンネルの少なくとも一部は、本体の第１の外面から本体の第２の外面まで延びている。構造体は、３５％から８５％までの体積密度を有し、構造体の組成は、最大２０％の濃縮度を有する核分裂性燃料を含み、構造体の比濃縮度（単位体積当たりの濃縮度）は、一定±２％である。

核燃料格子構造体の実施の形態は、本体の包絡面内に位置する相互接続されたチャンネルのネットワークを規定する外面を有する複数のウェビングを含む構造体を有する、本体を備える。ウェッビングの基線は、数学的に基づく周期的固体の暗に示された表面である。チャンネルの少なくとも一部は、本体の第１の外面から本体の第２の外面まで延びており、構造体は、３５％から８５％までの体積密度を有し、構造体の組成は、最大２０％の濃縮度を有する核分裂性燃料を含み、構造体の比濃縮度（単位体積当たりの濃縮度）は、一定±２％である。

核燃料セグメントの実施の形態および核燃料格子構造の実施の形態は、原子炉構造の活性炉心領域に組み込むことができ、原子炉構造を、核熱推進エンジンに組み込むことができる。

核燃料セグメントを製造する方法の実施の形態は、数学的に基づく周期的固体をグリッドメッシュに具現化すること、グリッドメッシュを複数の層に分割すること、および、付加製造プロセスを制御して、核分裂性燃料組成物を堆積させ、数学的に基づく周期的固体に対応する形状の構造を有する本体を製造するために、複数の層を使用することを、備える。数学的に基づく周期的固体の表面は、本体内に複数のチャンネルを規定し、チャンネルの少なくとも一部は、本体の第１の外面から本体の第２の外面まで延びる。構造体は、３５％から８５％までの体積密度を有し、構造体の組成は、最大２０％の濃縮度を有する核分裂性燃料を含み、構造体の比濃縮度（単位体積当たりの濃縮度）は、一定±２％である。

開示された構造および方法は、最適化された原子炉性能を達成するために、体積密度を調整することができる、格子のようなＴＰＭＳ構造を持つ燃料要素を作成する。注目すべきは、燃料要素間の濃縮度変化ではなく、体積的に核分裂性物質（Ｕ^２３５など）を設計的に配置することで、燃料集合体と個々の燃料要素との間だけでなく、燃料集合体と燃料要素との中でも、それ自体を最適化することができる。このように、核分裂性燃料のウラン含有量は、本体内の空間的な位置によって変化させることができる。例えば、格子の密度を高めることで、Ｕ^２３５の含有量を増やすことができる。調整された体積密度を、数学的に基づいた周期的固体のバイアスと組み合わせて、ＴＰＭＳ構造の相互接続されたチャンネルのネットワークを流れる媒体の流量のような、原子炉のニュートロニクスおよび他の特性に影響を与えることができる。

前述の概要、および以下の実施の形態の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むことで、よりよく理解されることができる。描かれた実施の形態は、示された正確な配置および器具に限定されないことを理解すべきである。

様々な三重周期最小表面の例を模式的に示した斜視図である（ａ～ｈと表記）。 第１の核燃料セグメントが部分断面図で示されている、複数の核燃料セグメントを含む、活性炉心領域を模式的に示した透視図である。 核燃料セグメントを模式的に示す斜視部分断面図である。 三重周期最小表面を模式的に示す斜視図である。 図４Ａの三重周期最小表面の１つの単位セルを模式的に示した拡大図である。 図４Ａの三重周期最小表面を、右上から立方体の対角線に沿ってＣ３対称軸の方向に見たときを模式的に示した斜視図である。 ジャイロイド構造の例を模式的に示した斜視図である。 周期性を変化させたときのＴＰＭＳの格子構造への影響を示した図である。 厚さを変化させたときのＴＰＭＳの格子構造への影響を示した図である。 ＴＰＭＳの種類を変化させたときのＴＰＭＳの格子構造への影響を示した図である。 バイアスを変化させたときのＴＰＭＳの格子構造への影響を示した図である。 本体の構造がＴＰＭＳのジャイロ形状を有する核燃料セグメントの一例の断面を模式に示した斜視図である。 図７Ａの一部を拡大した図である。 固体減速材ブロックに分散された複数の核燃料セグメントを含む、原子炉構造体の一実施の形態の上面透視図である。 数学的に基づく周期的固体に対応する形状の構造を有する本体を備えた複数の核燃料セグメントを含む活性炉領域を有する原子炉構造を組み込んだ、核熱推進炉の特徴の構造および配置を示す図である。

別途言及がない限り、説明のために、三重周期最小表面の図面は立方体のフォームファクタで囲まれている。

図２は、複数の核燃料セグメント２００を含む活性炉心領域１００の模式的な透視図である。第１の核燃料セグメント２００ａは、図２および図３の両方において部分断面図で示されている。核燃料セグメント２００は、原子炉構造体１００の長手方向の軸を規定する軸方向中心線１０５に対して、軸方向に組み立てられる。冷却媒体が、原子炉構造体１００の第１の側面１２０から原子炉構造体１００の第２の側面１３０に流れるための、核燃料セグメント２００の本体２０５を通る経路が存在するように、活性炉心領域１００における順次隣接する核燃料セグメント２００は、界面１１０で互いに組み合わさっている。図２では、３つの核燃料セグメント２００を有する活性炉心領域１００が図示されているが、活性炉心領域１００の代替的な実施の形態では、核燃料セグメント２００の数は変化し得る。例えば、代替的な実施の形態では、活性炉心領域１００は、４、５、６または他の数の核燃料セグメント２００を、有することができる。最大で１０、２０、または３０の核燃料セグメント２００を軸方向に組み立てて、活性炉心領域１００を形成することができることが企図されている。

核燃料セグメント２００の実施の形態は、数学的に基づく周期的固体に対応する形状の構造を有する、本体２０５を備える。当技術分野で知られている任意の数学的に基づく周期的固体を、本体２０５として使用することができ、図１に示すものを含むものに限定されない。数学的に基づく周期的固体の表面２１０は、本体２０５内の複数のチャンネル２１５を規定する。表面２１０は、数学的に基づく周期的固体によって規定されるような形態に従っているが（本明細書で説明されるような可能な変形を伴う）、表面２１０によって形成されるチャンネル２１５の少なくとも一部は、本体２０５の第１の外側表面２２０から本体２０５の第２の外側表面２２５まで延びている。チャンネルの少なくとも一部、代替的にチャンネルの大部分、さらに代替的にチャンネルの全ては、冷却媒体のための本体２０５を通る経路を提供する。

本体２０５の構造は、３５％から８５％までの体積密度を有するようなものである。様々な代替実施の形態において、体積密度は、４０％、４５％、５０％、または５５％に等しいかそれより大きく、８０％、７５％、７０％、または６５％に等しいかそれより小さく、または体積密度は６０±１０％である。体積密度は、本体の単位体積中の固体物質の量を、固体物質とオープンスペース（すなわち、チャンネル）の両方を含む、その単位体積の総体積に対して、考慮することによって決定される。

本体２０５の構造体の組成物は、最大２０％の濃縮度を有する核分裂可能燃料を含む。いくつかの実施の形態では、核分裂可能燃料組成物は、５％を超えて２０％未満のＵ^２３５アッセイを有する、高アッセイ低濃縮ウラン（ＨＡＬＥＵ）であり得る。他の実施の形態では、核分裂可能燃料組成物を、２０％以上のＵ^２３５であるウランを有する、高濃縮ウラン（ＨＥＵ）とすることができる。核燃料セグメントの開示された本体に適用される適切な核分裂可能燃料組成物は、２０％未満の濃縮された酸化ウラン（ＵＯ_２）、１０ｗｔ．％のモリブデンを有するウラン（Ｕ－１０Ｍｏ）、窒化ウラン（ＵＮ）、および他の安定した核分裂可能燃料化合物を含む。燃焼可能な毒物も、含まれてもよい。典型的には、核分裂可能燃料組成物は、ＷまたはＭｏを有するＵＯ_２およびＷまたはＭｏを有するＵＮなどの、セラミック－金属（サーメット）の形態である。いくつかの実施の形態では、溶融金属も、サーメットの「金属」部分として機能することができる。

一定の±２％である構造の特定の濃縮度（ここで、特定の濃縮度は、単位体積当たりの％濃縮度である）を提供するように、本体２０５の構造の物理的形状および本体２０５の製造に使用される組成の両方は、変化することができる。特定の実施の形態では、特定の濃縮度は、１０±２％、代わりに１３±２％、１５±２％、１６±２％または１８±２％で、一定である。特定の濃縮度は、本体２０５の構造体の物理的形状および本体２０５の構造体を形成するために使用される材料の組成の一方または両方を、変化させることによって、一定の±２％に維持される。あるいは、および組成。例えば、構造体の形状のうち、厚みがある部分については、濃縮度が低くなる。同様に、構造体の形状のうち、より薄い部分については、濃縮度は、より高くなる。いずれの場合も、構造体の形状を形成する材料の体積と、その体積を形成するために使用される組成物との間に、バランスがあり、単位体積当たりの濃縮度（すなわち、比濃縮度（特定の濃縮度））が一定の±２％になる。

本体の構造の形状が対応する数学的に基づいた周期的な固体は、様々な形態のいずれかを取ることができる。例えば、数学的に基づいた周期的な固体は、三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）とすることができる。いくつかの側面では、三重周期最小表面は、シュワルツ最小表面である。他の側面では、三重周期最小表面は、ジャイロイド構造である。さらに別の側面では、三重周期最小表面は、格子構造である。

図４Ａおよび４Ｂは、ショーンのジャイロイド面３００の形をした、三重周期最小表面を斜視図で模式的に示しており、図４Ｂは複数の単位セルを示し、図４Ｂの拡大図は１つの単位セル３１０を示している。両図において、チャンネル３１５を形成する表面３１０は、容易に視認することができる。

図４Ｃは、右上コーナから立方体の対角線に沿ってＣ３対称軸の方向に見た、図４Ａの三重周期最小表面を斜視図で模式的に示している。対称軸は、３５０で示されている。図４Ｃでは、表面３１０とチャンネル３１５の両方が、視認できる。

図５は、ジャイロイド構造の例を斜視図で模式的に示したものである。図示されたジャイロイド構造（それぞれが単位立方体セルとして示されている）は、シュワルツＰ面４００、シュワルツＤ面４１０、およびシュワルツＣＬＰ面４２０を含む。ショーンのジャイロイド表面３００のように、チャンネル４３５を形成する表面４３０は、図５のジャイロイド構造において容易に視認できる。

三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）が格子構造である実施の形態に関して、格子構造は、任意の適切な技術によって形成されることができる。一実施の形態では、ジャイロイドは、格子構造を形成する。ジャイロイドとは、以下のジャイロイド方程式で定義される無限に接続された三重周期最小表面である。

ｓｉｎｘ ｃｏｓｙ ＋ ｓｉｎｙ ｃｏｓｚ ＋ ｓｉｎｚ ｃｏｓｘ ＝ ０ （式１）

式１から得られるＴＰＭＳは、暗に示された表面を作り出す。ＴＰＭＳの暗に示された表面は、ベースラインと呼ばれ、無限に薄い。

ジャイロのようなＴＰＭＳの格子構造は、最終的な格子構造の形態を得るために、変化させることができる。これらのバリエーションは、（ｉ）周期性、（ｉｉ）厚さ、（ｉｉｉ）三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）の種類、および（ｉｖ）バイアス、を含む。例として、図６Ａ～６Ｄは、周期性（図６Ａ）、厚さ（図６Ｂ）、ＴＰＭＳの種類（図６Ｃ）、およびバイアス（図６Ｄ）を変化させることによる、ＴＰＭＳの格子構造への影響を示している。図６Ａ～図６Ｄでは、説明のために、ＴＰＭＳは、立方体のフォームファクタで囲まれている。

格子のウェビングの特性、ひいてはＴＰＭＳの表面およびチャンネルの特性は、例えば、格子を表す方程式を適切に修正することにより、格子のウェビングを広くしたり厚くしたりすることで、（ベースラインに対して）変化させることができる。このような変化を実現するために、強制ジオメトリを適用することができる。一例では、方向と大きさの両方を持つベクトル場をジャイロイド方程式（またはＴＰＭＳの他の方程式）に適用することができ、これにより、ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）として変化することができる体積密度が生成される（これは、核燃料セグメントごとに、または活性炉心領域ごとに、または原子炉構造ごとに、実施することができる）。結果として生じるウェビングの肥厚は、ベースラインに対して対称または非対称とすることができ、熱特性および核特性に影響を与えるために、本体全体でウェビングの厚さを変化させることができる。厚さは、相互に接続されたチャンネルのネットワークに影響を与え、これは、本体の全体的な温度勾配および熱伝導性に影響を与える。別のバリエーションでは、ジャイロ式にバイアスを適用して、本体内に収束領域と発散領域を作り、相互接続されたチャンネルのネットワークを通過する冷却媒体の流量に影響を与えることができる。

ＴＰＭＳ構造を使用し、格子構造を変化させることにより、所望の領域の部品の密度を変化させることで、格子内の特定の位置に、ウェビングのサイズと密度、および任意にウェビングを形成するために使用される核分裂可能燃料物質の効果的な濃縮を適切に配置することができる。原子力用途では、格子内のそのような特定の位置は、原子炉内の特定の位置に対応しており、したがって、ＴＰＭＳ構造を使用し、格子構造を変化させることにより、原子炉、特にＮＴＰ原子炉のニュートロニクス、熱水力学、および応力力学を、最適化することができる。

図２および３に示す核燃料セグメントに戻ると、本体２０５は、任意に、少なくとも外面の一部で、筐体によって囲まれることができる。例えば、本体２０５は、円盤状とすることができる（または、本体２０５の不規則な外面を考慮して、円盤状である包囲面に対応することができる）。このような円盤状の本体２０５は、第１の外面２２０と第２の外面２２５との間に、本体２０５の厚さに対応する、軸方向の距離（Ｄ１）を延ばす半径方向の側面２５０を含む、体積を占める。いくつかの実施の形態では、筐体は、本体２０５の半径方向側面２５０の半径方向外側にある側壁２４０である。他の実施の形態では、筐体は、側壁と、第１の外面２２０および第２の外面２２５の一方または両方を包囲する構造体との両方を、含むことができる。第１の外面２２０および第２の外面２２５のいずれかに筐体が存在するとき、筐体は、本体２１０のチャンネル２１５を通って流れる冷却媒体の通過を可能にする開口部を、組み込むことができる。いくつかの実施の形態では、特に、ハウジングが側壁であるとき、筐体は、中性子熱化材料を含む組成物を有する。中性子熱化材料の例は、ジルコニウム（Ｚｒ）合金、ベリリウム（Ｂｅ）合金、またはグラファイトのうちの１以上を含む、組成物を有する。いくつかの実施の形態では、中性子の熱化材料は、水素化ジルコニウム（ＺｒＨ）または酸化ベリリウム（ＢｅＯ）を含む、組成を有する。

いくつかの実施の形態では、本体２０５は、複数のチャンネル２１５の表面に堆積された、クラッド層を任意に含む。クラッドは、冷却材と核燃料との間に位置する層（またはコーティング）である。クラッドは、放射性の核分裂片が、燃料から冷却水に逃げて、汚染されるのを防ぐ、安全バリアとして機能する。クラッドの設計上の制約は、中性子吸収性、耐放射線性、温度挙動などを含む。クラッドは通常、熱中性子の吸収断面積が小さい耐腐食性の材料で作られる。原子炉の条件に適していれば、他の材料を使用してもよく、例えば、金属系およびセラミック系（Ｂｅ、Ｃ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｏ、およびＳｉ）のほか、炭化物を含むモリブデン、タングステン、レニウム、タンタル、ハフニウムおよびそれらの合金を含む組成物を使用してもよいが、例示的な材料は、ジルカロイまたは鋼を含む。他の例では、クラッド層は、鋼合金、ジルコニウム合金、モリブデン含有金属合金、モリブデン－タングステン合金、ジルカロイ－４またはハステロイＸを含む組成物を有する。いくつかの実施の形態では、クラッド材料は、より高い中性子吸収断面積を有する同位体の還元により反応性を高めるために、濃縮された同位体とすることができ、例えば、モリブデンを濃縮したＭｏ－９２は、元素モリブデンよりも寄生中性子吸収断面積が小さくなる。開示された核燃料セグメントの実施の形態では、核燃料は本体２０５内にあり、いくつかの側面では、クラッドは、チャンネル２１５を形成する表面の一部に位置する層である。あるいは、他の側面では、クラッドは、本体の表面のすべて、表面２１０とチャンネル２１５との両方に、位置する層である。

クラッドは、ＴＰＭＳの製造後に、表面２１０およびチャンネル２１５に堆積させることができ、またはＴＰＭＳと一体的に形成されることができる。例えば、クラッドは、化学的気相成長（ＣＶＤ）などの気相成長プロセスで、堆積させることができる。あるいは、クラッドは、電気めっき、無電解めっき、その他の浸漬堆積プロセスなどの液体ベースのプロセスで、堆積させることができる。別の例では、クラッドは、（本明細書でさらに開示されているように）付加製造プロセスでＴＰＭＳと一体的に形成されることができる。

図７Ａは、本体の構造がＴＰＭＳのジャイロ形状を有する、例示的な核燃料セグメントの断面を、斜視図で示す模式図である。核燃料セグメント５００の断面は、本体５０５の直径に沿って、切断されている。本実施の形態では、ＴＰＭＳの表面５１０は、断面に沿って周期的な波の構造を有している。図７Ｂは、図７Ａから断面５５０を拡大した図である。図７Ａは、本体５０５の一部を拡大して示す図である。また、図７Ａは、表面５１０に堆積されたクラッド５５５を模式的に示している。図７Ａでは、クラッドは、本体の両方の表面５１０、すなわち、ＴＰＭＳの両側に形成されたチャンネル５６０に関連する表面５１０上にある。

先に述べたように、図２は、原子炉構造の長手方向軸を規定する軸方向中心線１０５に沿って配置された複数の核燃料セグメント２００を含む、活性炉心領域１００の概略透視図である。複数の核燃料セグメント２００を組み立てる際に、隣接する核燃料セグメント２００の本体２０５内の複数のチャネル２１５は、活性炉心領域１００の第１の端面１２０から活性炉心領域の第２の端面１３０への流体連通を、提供するように整列される。いくつかの実施の形態では、１つの核燃料セグメント２００の本体２０５内の冷却材チャンネル２１５などの特徴部を、隣接する核燃料セグメント２００の本体２０５内の特徴部と整列させることを補助するために、整列補助装置を使用することができる。例えば、一方の核燃料セグメント２００の表面上に、例えば、隣接する核燃料セグメント２００の隣接する表面上の受容空間に挿入するか、受容されることによって、組み合う、または挿入する、レジストリ特徴を投影することを使用するクロッキング技術を適用することができる。ピン、ノッチ、形状のある突起などを含む、他のレジストリ機能を使用することもできる。さらに、整列チャンネルまたはスクライブマークなどの他の整列補助具を、使用することができる。また、アライメント補助具は、インターフェース１１０を形成する側壁２４０の表面などの隣接する内部表面、および連続する外部側表面を含む、様々な適切な表面の１以上に、配置されることができる。

典型的には、原子炉構造を形成する際、活性炉心領域１００は、他の構成要素と組み合わされる。例えば、原子炉構造体の実施の形態は、炉心改質器の半径方向外側であって、活性炉心領域に向けられた半径方向内側の表面を有する反射器と、（任意に）活性炉心領域の半径方向外側であって、炉心改質器の半径方向内側の炉心フォーマとを、さらに備えることができる。炉心フォーマは、活性炉心領域の半径方向外側の表面と、反射器の半径方向内側の表面との間の、コンフォーマルな組合せを提供する。例えば、炉心フォーマの半径方向内側の第１の表面は、活性炉心領域の円形または非円形の外面に、コンフォーマルに組み合わせることができる。これは、活性炉心領域１００の外面が、不規則な表面を有しているか、または一連の結合された平面を有しており、炉心改質器を使用して、この形状を円形反射器の半径方向内側の表面に移行させる場合に、特に有用である。

原子炉構造体の実施の形態は、反射器の体積内に配置された複数の中性子吸収体構造体を、さらに含むこともできる。中性子吸収体構造体は、第１の位置と第２の位置との間で回転などにより移動可能な中性子吸収体を含むことができ、第１の位置は、第２の位置よりも、活性炉心領域に半径方向に近い。第１の位置と第２の位置との間での中性子吸収体の移動は、活性炉心領域１００の反応性を制御する。例示的な実施の形態では、第１の位置は、活性炉心領域に半径方向に最も近く、第２の位置は、活性炉心領域から半径方向に最も遠い。さらに例示的な実施の形態では、半径方向に最も近い位置では、各中性子吸収体は、活性炉心領域１００の軸方向中心線１０５から半径方向に等距離にある。例示的な実施の形態では、中性子吸収体は、ベリリウム、酸化ベリリウム、グラファイト、またはそれらの組み合わせを含む組成を有する。

特定の実施の形態では、円筒形の管は、反射器の内部容積内に角度的に分散されている。中性子吸収体構造のそれぞれは、それぞれの管に封入された円筒形ドラムを含む。中性子吸収体は、円筒ドラムの第１の部分を占め、円筒ドラムの第２の部分は、二次反射器である。円筒ドラムは、第１の位置と第２の位置との間で、その円筒軸を中心に回転させることができ、第１の位置は、第２の位置よりも、活性炉心領域に半径方向に近い。他の実施の形態では、中性子吸収体を移動させることができる様々な位置が、活性炉心領域１００の反応性の制御を提供する限り、他の半径方向の位置および／または移動方向を、実施することができる。

他の実施の形態では、核燃料セグメントを、固体モデレータブロック内に、分散させることができる。図８は、原子炉構造体６００の長手方向軸６１０に対して放射状かつ円周方向に分配された複数の核燃料セグメント６０５を含む、原子炉構造体６００の一実施の形態の上面透視図である。図８に図示されている核燃料セグメント６０５は、それぞれ、各核燃料セグメントの本体の構造がＴＰＭＳのジャイロ形状を有する、軸方向に積層された複数の核燃料セグメントであり、その一例が図７Ａに拡大図で示されている。核燃料セグメント６０５は、水素化ジルコニウムのような固体モデレータブロック６１５によって分離されている。

原子炉構造の実施の形態はまた、活性炉心１００の第１の端部１２０に設けられた下部炉心板と、活性炉心１００の第２の端部１３０に設けられた上部炉心板とを、さらに備えることができる。下部炉心板および上部炉心板のそれぞれは、ＮＴＰ炉における推進ガスなどの冷却媒体を通過させるための、複数の孔を構成する。炉心板は、抵抗溶接、全貫通溶接を含むビー溶接などの任意の適切な手段によって、または、Ｊ－Ｂ溶接（登録商標）などの適切なエポキシシステムによって、核燃料セグメント２００の最上部または最下部のいずれかの側壁２４０の上縁などの、筐体の一部に接合されることができる。炉心板の複数の孔は、隣接する本体２０５のチャンネル２１５に対応して組み合わしてもしなくてもよい。炉心板の複数の穴が、隣接する本体２０５のチャンネル２１５に対応して組み合わさることがない場合には、チャンネル２１５からの冷却媒体が、それぞれの炉心板の複数の孔に流れ、そこを通ることができるように、炉心板に面する外面２２５と本体２０５に面する炉心板の表面との間に、プレナムを介在させることができる。

開示された原子炉構造体は、核熱推進エンジン内に組み立てられることができる。図９は、核熱推進エンジンの一例を部分的に切断して示す図である。例示的な核熱推進エンジン７００は、複数の核燃料セグメントから形成された活性炉心領域を有する、核反応炉構造７１０を備える。原子炉構造体、活性炉心領域、および核燃料セグメントは、本明細書に開示された実施の形態のいずれか１つのようにすることができる。原子炉構造体７１０は、反射器７１５内に収容されており、原子炉構造体７１０／反射器７１５は、ハル（hull）７２０の内部容積内に収容されている。原子炉構造７１０は、ターボポンプ７３５と、推進ガスを低温で貯蔵するためのリザーバを含む他の配管および支援装置７４０とを含む、ターボマシナリ７３０に動作可能に接続されている。遮蔽物７５０は、ターボマシナリ７３０をハル７２０内の構成要素から分離する。遮蔽物７５０、ターボマシナリ７３０、およびリザーバは、リザーバから原子炉構造７１０への流路を提供するために、ハル７２０の第１の端部に動作可能に取り付けられる。また、核熱推進エンジン７００は、ノズル７６５およびノズルスカート７７０を含むノズル部７６０を含む。ノズル７６５は、ハル７２０の第２の端部に動作可能に取り付けられて、核推進炉７１０から出る過熱された推進ガスのための流路を提供する。

核燃料セグメント２００の本体２０５のような核燃料格子構造は、付加製造技術によって、製造されることができる。多数のそのような製造プロセスを。適用することができる。プロセス間の主な違いは、部品を作成するために層を堆積させる方法と、使用される材料にあり、各方法／材料には利点と欠点がある。幾つかの方法は、層を作るために、材料を溶かしたり、柔らかくしたりする。例は、溶融フィラメント製造（ＦＦＦ）を含み、溶融堆積モデリング（ＦＤＭ）、溶融粒子製造（ＦＰＦ）、または溶融粒状製造（ＦＧＦ）としても知られており、これは、層を形成するためにすぐに硬化する、小さなビーズや材料の流れを押し出すことにより、部品を製造する。他の方法では、異なる技術を用いて液体材料を硬化させ、それぞれの技術が、液体材料を層ごとに固めることで製造物を作り上げる。例は、様々な光学的または化学的な硬化プロセス（光反応性または化学反応性の材料を伴う）を利用した、ステレオリソグラフィー（ＳＬ）を含む。いずれの場合も、製造された製品は、製造材料に基づいた特性を持っている。

付加製造プロトコルは、任意の適切な付加製造プロセスでの使用のために、開発および／または適応されることができる。プロトコルは、少なくとも部分的には、数学的に基づいた周期的固体を格子状のメッシュで具現化し、格子状のメッシュを複数の層に分割する、ことに基づいている。プロトコルは、数学的に基づく周期的固体に対応する形状を有する構造を有する本体を製造するために、核分裂可能燃料組成物を堆積させる付加製造プロセスを制御するために、複数の層のそれぞれに対する制御命令を含む。本明細書に開示されているように、数学的に基づく周期的固体の表面は、本体内の複数のチャンネルを規定する。

付加製造技術の例としては、デジタルライトプロジェクション、バインダージェット、ＥＢｅａｍ ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ３Ｄプリンティングなどの、セラミック３Ｄプリンティング技術を含む。他の適切な製造技術は、フォトリソグラフィー、セラミック材料の押し出し、および熱硬化性ポリマセラミック材料の押し出しを含む。ＩＳＯ／ＡＳＴＭ５２９００－１５に、適切な製造プロセスが開示されており、これは、付加製造プロセスのカテゴリを定義しており、バインダー噴射、指向性エネルギー蒸着、材料押出、材料噴射、粉末床融合、シートラミネーション、および光重合を含む。ＩＳＯ／ＡＳＴＭ５２９００－１５の内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。ステレオリソグラフィは、光重合プロセスを用いた付加製造の一形態である。例示的な実施の形態では、ステレオリソグラフィの付加製造技術は、紫外線またはベータ線への曝露からのフォトイニシエーションを含む。いくつかの例示的な実施の形態では、紫外線は、デジタルライトプロセッサ（ＤＬＰ）またはステレオリソグラフィ装置（ＳＬＡ）で、生成される。他の実施の形態では、ベータ線は、電子ビーム（ＥＢｅａｍ）装置または電子照射（ＥＢＩ）装置で、生成される。

付加製造技術により製造されるとき、核分裂可能燃料材料またはクラッド材料またはそれらの混合物を含む溶液を、付加製造プロトコルにより制御される付加製造装置で利用することができる。付加製造プロトコルは、溶液から材料を層ごとに選択的に堆積させてグリーン体を形成するために、付加製造装置に制御命令を提供する。次に、グリーンボディを、例えば焼結プロセスで脱バインダーして、セラミック構造体を形成することができる。セラミック構造体は、さらに処理することができ、例えば、蒸着、浴中への浸漬、またはスプレーコーティングによるコーティング層を追加することを含む。いくつかの実施の形態では、クラッドは、ＴＰＭＳの表面と一体的に作られることができ、必要に応じて、焼結などの後処理を行う。

さらに、開示されている原子炉と炉心とは、複雑な機械的形状を持っているが、要素金属または金属合金の３Ｄプリンティングなどの付加製造技術を用いて、層ごとに一体的かつ反復的に製造することで、ここで開示されている構造と特徴を、より簡単に製造することができます。

核燃料セグメントの本体であれ、核燃料組成物そのものであれ、および、クラッドで囲まれているか否かに関わらず、開示された配置は、熱発生源が核燃料組成物を含むあらゆる構成に関係するものである。また、本明細書では、ガス冷却式の核熱推進炉（ＮＴＰ炉）に関連して記載されているが、本明細書で開示されている構造および方法は、他の核分裂炉システムにも適用可能である。本明細書に開示された核推進用核分裂炉構造は、非地上電力用途、宇宙電力、宇宙推進、および潜水艇を含む海軍用途を含むが、これらに限定されない、適切な用途で使用されることができる。

本発明を、その実施の形態に関連して説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、具体的に説明されていない追加、削除、変更、および置換を行うことができることは、当業者には理解される。例えば、核分裂可能燃料材料、原子炉、および関連部品に関連して記載されているが、本明細書に記載されている、原理、組成物、構造、特徴、配置、およびプロセスは、他の材料、他の組成物、他の構造、他の特徴、他の配置、および他のプロセス、ならびにそれらの製造、および他の原子炉タイプにも、適用することができる。

本明細書では、実質的に任意の複数形および／または単数形の用語の使用に関して、当業者であれば、文脈および／または用途に応じて、複数形から単数形へ、および／または、単数形から複数形へと翻訳することができる。様々な単数／複数の順列は、明確にするために本明細書では明示されていない。

本明細書では、主題が、ときに、他の異なる構成要素内に含まられたり、に接続されたりする異なる構成要素を例示していることを、説明してきた。このように描かれたアーキテクチャは単なる例示であり、実際には同じ機能を実現する他の多くのアーキテクチャが実装される可能性があることを理解されたい。概念的には、同じ機能を実現するための構成要素の配置は、所望の機能が達成されるように効果的に「関連付」けられている。したがって、本明細書では、特定の機能を実現するために組み合わされた２つの構成要素は、アーキテクチャや中間の構成要素に関係なく、所望の機能が達成されるように互いに「関連付けられている」と見なすことができる。同様に、このように関連付けられた任意の２つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」と見なすこともでき、このように関連付けられることが可能な任意の２つの構成要素は、所望の機能性を達成するために互いに「動作可能に結合可能である」と見なすこともできます。操作可能に結合できる具体例としては、物理的に組合せ可能な構成要素および／または物理的に相互作用可能な構成要素、および／または無線で相互作用可能なおよび／または相互作用している構成要素、および／または論理的に相互作用可能および／または相互作用している構成要素が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

いくつかの例では、１以上構成要素は、本明細書で「に構成された」、「によって構成された」、「に構成可能な」、「に動作可能な」、「に適応可能な」、「に適合可能な」などと言及されることがある。当業者であれば、このような用語（例えば、「ように構成された」）は、文脈上別段の要求がない限り、アクティブ状態の構成要素および／または非アクティブ状態の構成要素および／またはスタンバイ状態の構成要素を一般的に包含することができることを認識する。

本明細書に記載された本主題の特定の態様を示し、説明してきたが、本明細書の教示に基づいて、本明細書に記載された主題およびその広範な態様から逸脱することなく、変更および修正を行うことができることが当業者には明らかであり、したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載された主題の真の精神および範囲内にあるようなすべての変更および修正をその範囲内に包含するものである。一般的に、本明細書、特に添付の請求項（例えば、添付の請求項の本体）で使用される用語は、一般的に「オープン」な用語として意図されていることが、当業者には理解される（例えば、「含む」という用語は、「～を含むが、これに限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語は、「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む」という用語は、「～を含むが、これに限定されない」と解釈されるべきである、など）。導入された請求項の記載の特定の数が意図されている場合、そのような意図は請求項に明示的に記載され、そのような記載がない場合にはそのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解される。例えば、理解を助けるために、以下の添付の請求項には、請求項の記載を導入するために、「少なくとも１つ」および「１つ以上」という導入フレーズの使用が含まれる。しかし、このようなフレーズの使用は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の再述の導入が、そのような導入された請求項を含む特定の請求項を、そのような再述を１つだけ含む請求項に限定することを意味すると解釈されるべきではなく、同じ請求項が導入フレーズ「１つ以上」または「少なくとも１つ」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても（例えば。例えば、「ａ」および「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味すると解釈されるべきである）、クレームの再記述の導入に使用される定冠詞の使用についても同様である。さらに、導入された請求項の記載の特定の数が明示的に記載されている場合であっても、当業者であれば、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味するように解釈されるべきであることを認識するであろう（例えば、他の修飾語を伴わない「２回の再現」という素の記載は、通常、少なくとも２回の再現、または２回以上の再現を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどのうちの少なくとも１つ」に類する慣例が使用されている場合、一般に、そのような構造は、当業者が慣例を理解する意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢが一緒、ＡとＣが一緒、ＢとＣが一緒、および／またはＡ、Ｂ、およびＣが一緒などを有するシステムを含むが、これらに限定されない）。当業者であれば、説明、請求項、図面のいずれにおいても、典型的には、２つ以上の代替用語を提示する分離語および／または語句は、文脈がそうでないことを指示しない限り、いずれかの用語、いずれかの用語、または両方の用語を含む可能性を企図していると理解される。例えば、「ＡまたはＢ」という表現は、典型的には、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解される。

添付の特許請求の範囲に関して、当業者であれば、そこに記載されている操作は一般的に任意の順序で実行できることを理解できる。また、様々な操作の流れが順番に示されているが、様々な操作は図示されているものとは別の順序で行われてもよく、また同時に行われてもよいことを理解する必要がある。このような別の順序の例としては、文脈からそうでないと判断されない限り、オーバラップ、インターウィーヴ、インターリーブ、中断、再注文、増分、準備、補足、同時、逆、またはその他の変形順序が挙げられる。さらに、"responsive to"、"related to "などの過去形の形容詞は、文脈から判断しない限り、このような変形を除外する意図はない。

当業者であれば、前述の特定の例示的なプロセスおよび／または装置および／または技術が、本願の請求項および／または他の場所で教えられているより一般的なプロセスおよび／または装置および／または技術を代表するものであることを理解できる。

本明細書では様々な側面と実施の形態を開示してきたが、当業者にとっては、他の側面と実施の形態が明らかになる。本明細書に開示された様々な側面および実施の形態は、説明のためのものであり、限定することを意図したものではなく、真の範囲および精神は以下の特許請求の範囲によって示されている。

詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載されている例示的な実施の形態は、限定的なものであることを意図していない。ここに提示された主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施の形態が利用されてもよく、他の変更がなされてもよい。

当業者であれば、本明細書に記載されている構成要素（例えば、操作）、装置、物体、およびそれらに付随する議論は、概念的に明確にするための例として使用されており、様々な構成の変更が企図されていることを認識する。その結果、本明細書で使用されているように、記載されている特定の例示とそれに付随する考察は、それらのより一般的なクラスを代表することを意図している。一般に、任意の特定の例示の使用は、そのクラスを代表することを意図しており、特定の構成要素（例えば、操作）、装置、および物体が含まれていないことは、限定的であるとみなされるべきではない。

Claims (50)

1. 数学的に基づく周期的固体に対応する形状を有する構造を有する、本体を、備えており、
   前記数学的に基づく周期的固体の表面は、
   前記本体内に複数のチャンネルを規定し、
   前記チャンネルの少なくとも一部は、
   前記本体の第１の外面から前記本体の第２の外面まで延びており、
   前記構造は、
   ３５％から８５％の体積密度を有しており、
   前記構造の組成物は、
   最大２０％の濃縮度を有する、核分裂可能燃料を含んでおり、
   前記構造の比濃縮度（単位体積当たりの濃縮度％）は、
   一定±２％である、
   核燃料セグメント。
2. 前記数学的に基づいた周期的固体は、
   三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）である、
   請求項１に記載の核燃料セグメント。
3. 前記三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）は、
   シュワルツ最小表面である、
   請求項２に記載の核燃料セグメント。
4. 前記三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）は、
   ジャイロイド構造である、
   請求項２に記載の核燃料セグメント。
5. 前記数学的に基づく周期的固体は、
   格子構造である、
   請求項１に記載の核燃料セグメント。
6. 前記核分裂可能燃料は、
   （ａ）５％以上、２０％以下のＵ^２３５のアッセイを有する、高アッセイ低濃縮ウラン（ＨＡＬＥＵ）、または、
   （ｂ）ウランが、２０％より高いＵ^２３５である、高濃縮ウラン（ＨＥＵ）である、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の核燃料セグメント。
7. 前記核分裂可能燃料は、
   濃縮度２０％未満である酸化ウラン、１０ｗｔ．％のモリブデンを有するウラン（Ｕ－１０Ｍｏ）、窒化ウラン（ＵＮ）、または、それらのサーメットを、含む、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の核燃料セグメント。
8. 前記複数のチャンネルの表面に堆積された、クラッド層をさらに備えている、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の核燃料セグメント。
9. 前記クラッド層は、
   炭化物を含む、モリブデン、タングステン、レニウム、タンタル、ハフニウム、および、それらの合金を含む、組成を有する、
   請求項８に記載の核燃料セグメント。
10. 前記クラッド層は、
    鋼合金、ジルコニウム合金、モリブデン含有金属合金、モリブデン－タングステン合金、ジルカロイ－４、または、ハステロイＸを含む、組成を有する、
    請求項８に記載の核燃料セグメント。
11. 前記本体は、
    円盤状であり、前記第１の外面と前記第２の外面との間の前記本体の厚さに対応する半径方向の側面を含む容積を占める、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の核燃料セグメント。
12. 前記本体の前記半径方向の側面の外側に設けられた、側壁をさらに備えている、
    請求項１１に記載の核燃料セグメント。
13. 前記側壁は、
    中性子熱化材料を含む組成を有する、
    請求項１２に記載の核燃料セグメント。
14. 前記中性子熱化材料は、
    ジルコニウム（Ｚｒ）合金、ベリリウム（Ｂｅ）合金、または、グラファイトを含む、組成を有する、
    請求項１３に記載の核燃料セグメント。
15. 前記中性子熱化材料は、
    水素化ジルコニウム（ＺｒＨ）または酸化ベリリウム（ＢｅＯ）を含む、組成を有する、
    請求項１３に記載の核燃料セグメント。
16. 請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の複数の核燃料セグメントを含み、原子炉構造体の長手方向の軸を規定する軸方向中心線を有する、活性炉心領域を備える、
    原子炉構造体。
17. 隣接する核燃料セグメントの前記本体に設けられた前記複数のチャネルは、
    前記活性炉心の第１の端面から、前記活性炉心の第２の端面への、流体連通を提供するように、整列されている、
    請求項１６に記載の原子炉構造体。
18. 前記活性炉心領域の半径方向外側にある、炉心フォーマと、
    前記炉心改質器の半径方向外側にあり、前記活性炉心領域の方に向けられた半径方向内側の表面を有する、反射器とを、さらに備える
    請求項１６または請求項１７に記載の原子炉構造体。
19. 前記炉心フォーマは、
    第２の表面の半径方向内側に第１の表面を有し、
    前記第１の表面は、
    前記活性炉心領域の半径方向外側の表面に適合し、
    前記第２の表面は、
    前記反射器の半径方向内側の表面に適合する、
    請求項１８に記載の原子炉構造体。
20. 前記反射体の体積内に配置された、複数の中性子吸収構造体を、さらに備える、
    請求項１８または請求項１９に記載の原子炉構造体。
21. 前記複数の中性子吸収構造体の各々は、
    第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、中性子吸収本体を含み、
    前記第１の位置は、
    前記第２の位置よりも、半径方向に、前記活性炉心領域により近い、
    請求項２０に記載の原子炉構造体。
22. 前記中性子吸収本体は、
    ベリリウム、酸化ベリリウム、グラファイト、または、これらの組み合わせを含む、組成を有する、
    請求項２１に記載の原子炉構造体。
23. 前記複数の中性子吸収構造体の各々は、
    管内に封入された円筒ドラムを含み、
    前記中性子吸収本体は、
    前記円筒ドラムの第１の部分を占め、
    前記円筒ドラムの第２の部分は、
    二次反射器であり、
    前記円筒ドラムの前記第１の部分は、
    前記円筒ドラムの外面の一部を含む、前記円筒ドラムの体積である、
    請求項２１または請求項２２に記載の原子炉構造体。
24. 前記活性炉心の第１の端部における下部炉心板と、
    前記活性炉心の第２の端部における上部炉心板とを、さらに備える、
    請求項１６乃至請求項２３の何れか１項に記載の原子炉構造体。
25. 前記下部炉心板および前記上部炉心板の各々は、
    推進ガスを通過させるための複数の孔を、含む、
    請求項２４に記載の原子炉構造体。
26. ハルの内部容積内に収容されている、請求項１６乃至請求項２５の何れか１項に記載の原子炉構造体と、
    遮蔽物と、
    推進ガスを低温で保存するリザーバと、
    ターボ機械と、
    ノズルとを、備えており、
    前記遮蔽体、前記ターボ機械、および前記リザーバは、
    前記リザーバから前記原子炉構造体への流路を提供するために、前記ハルの第１の端部に動作可能に取り付けられ、
    前記ノズルは、
    核推進炉から出る過熱された推進ガスのための流路を提供するために、前記ハルの第２の端部に動作可能に取り付けられる、
    核熱推進エンジン。
27. 数学的に基づく周期的固体を、格子状メッシュで具現化することと、
    前記格子状メッシュを、複数の層に分割することと、
    前記数学的に基づく周期的固体に対応する形状の構造を有する本体を製造するため、核分裂可能燃料組成物を堆積するための付加製造プロセスを制御ために、前記複数の層を用いることとを、備える、
    核燃料セグメントを製造する方法。
28. 前記数学的に基づく周期的固体の表面は、
    前記本体内において、複数のチャンネルを規定し、
    前記複数のチャンネルの少なくとも一部は、
    前記本体の第１の外面から、前記本体の第２の外面まで延びており、
    前記構造は、
    ３５％から８５％までの体積密度を有しており、
    前記構造の組成物は、
    最大２０％の濃縮度を有する、核分裂可能燃料を含んでおり、
    前記構造の比濃縮度（単位体積当たりの濃縮度％）は、
    一定±２％である、
    請求項２７に記載の方法。
29. 前記チャンネルの表面に、クラッド層を堆積することを、さらに備える、
    請求項２８または請求項２９に記載の方法。
30. 前記クラッド層を堆積することは、
    蒸着技術を含む、
    請求項２９に記載の方法。
31. 前記蒸着技術は、
    化学蒸着である、
    請求項３０に記載の方法。
32. 前記クラッド層を堆積させることは、
    電気めっきまたは無電解めっきを含む、
    請求項２９に記載の方法。
33. 前記クラッド層は、
    炭化物を含む、モリブデン、タングステン、レニウム、タンタル、ハフニウム、およびそれらの合金を含む、組成を有する、
    請求項２９乃至請求項３２のいずれか１項に記載の方法。
34. 前記クラッド層は、
    鋼合金、ジルコニウム合金、モリブデン含有金属合金、モリブデン-タングステン合金、ジルカロイ－４またはハステロイＸを含む、組成を有する、
    請求項２９乃至請求項３２のいずれか１項に記載の方法。
35. 前記付加製造プロセスは、
    光重合を含む、
    請求項２７乃至請求項３４のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記本体は、
    円盤状であり、前記第１の外面と前記第２の外面との間の前記本体の厚さに対応する、半径方向の側面を含む体積を占めており、
    前記本体の前記半径方向の側面の半径方向外側に、側壁を配置すること、をさらに備える、
    請求項２７乃至請求項３５のいずれか１項に記載の方法。
37. 前記側壁は、
    中性子熱化材料を含む組成を有する、
    請求項３６に記載の方法。
38. 前記中性子熱化材料は、
    ジルコニウム（Ｚｒ）合金、ベリリウム（Ｂｅ）合金、またはグラファイトを含む、組成を有する、
    請求項３７に記載の方法。
39. 前記中性子熱化材料は、
    水素化ジルコニウム（ＺｒＨ）または酸化ベリリウム（ＢｅＯ）を含む、組成を有する、
    請求項３７に記載の方法。
40. 本体の包絡面内に位置する相互接続されたチャンネルのネットワークを規定する外面を有する、複数のウェビングを含む構造を有する前記本体を、備えており、
    前記ウェビングのベースラインは、
    数学的に基づく周期的固体の暗に示された表面であり、
    前記チャンネルの少なくとも一部は、
    前記本体の第１の外面から前記本体の第２の外面まで延びており、
    前記構造は、
    ３５％から８５％までの体積密度を有しており、
    前記構造の組成は、
    最大２０％の濃縮度を有する核分裂可能燃料を含んでおり、
    前記構造の比濃縮度（単位体積当たりの濃縮度％）は、
    一定±２％である、
    核燃料格子構造。
41. 前記数学的に基づく周期的固体は、
    三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）である、
    請求項４０に記載の核燃料格子構造。
42. 三重周期最小表面（ＴＰＭＳ）は、
    ジャイロイド構造であり、
    前記暗に示された表面は、
    ジャイロイド方程式
    

    

    によって、定義される、
    請求項４１に記載の核燃料格子構造。
43. 各前記ウェビングは、
    前記ベースラインに対する厚さを有し、
    前記ウェビングの前記厚さは、
    前記本体内において、ベクトル場に応じて変化する、
    請求項４２に記載の核燃料格子構造。
44. 前記ウェビングの前記厚さは、
    前記ベースラインに対して、対称または非対称である、
    請求項４３に記載の核燃料格子構造。
45. 前記核分裂可能燃料のウラン含有量は、
    前記本体内の空間的な位置によって異なる、
    請求項４０乃至請求項４４のいずれか１項に記載の核燃料格子構造。
46. 前記本体内の空間的位置によるウラン含有量の前記変化は、
    格子の密度の増加による、Ｕ２３５の含有量の増加を含む、
    請求項４５に記載の核燃料格子構造。
47. 前記数学的に基づいた周期的固体は、
    相互接続されたチャンネルの前記ネットワークを流れる、媒体の流量に影響を与えるようにバイアスされている、
    請求項４０乃至請求項４６のいずれか１項に記載の核燃料格子構造。
48. 相互接続されたチャンネルの前記ネットワークを規定する前記複数のウェビングの外側表面上に、堆積されたクラッド層を、さらに備えている、
    請求項４０乃至請求項４７のいずれか１項に記載の核燃料格子構造。
49. 前記クラッド層は、
    炭化物を含む、モリブデン、タングステン、レニウム、タンタル、ハフニウム、およびこれらの合金、の組成を有する、
    請求項４８に記載の核燃料格子構造。
50. 前記本体は、
    円盤状であり、前記第１の外面と前記第２の外面との間の前記本体の厚さに対応する半径方向の側面を含む容積を占めている、
    請求項４０乃至請求項４９のいずれか１項に記載の核燃料格子構造。

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