JP2022552607A - 原子炉からの熱除去のような熱除去のためのヒートパイプネットワーク並びに関連するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

原子炉システム並びに関連するデバイス及び方法がここに開示される。代表的な原子炉システムが、蒸発器領域、断熱領域及び凝縮器領域を有するヒートパイプネットワークを含む。ヒートパイプネットワークは、蒸発器領域から凝縮器領域への方向に流れ断面積が増加する複数の流路を画定し得る。システムはさらに、蒸発器領域の少なくとも一部分に熱的に結合される核燃料を含み得る。ヒートパイプネットワークは、蒸発器領域において燃料から受けた熱を凝縮器領域に伝達するように配置される。システムはさらに、発電のような一以上のプロセスにおいて使用されるシステムから出る熱を輸送するべく、蒸発器領域に熱的に結合される一以上の熱交換器を含み得る。

Description

連邦政府の支援を受けた研究に関する記述
本発明は、エネルギー省によって授与された契約番号第ＤＥ－ＮＥ００００６３３に基づく政府の支援を受けてなされた。政府は本発明に所定の権利を有する。

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年１０月１５日に出願された「原子炉からの熱除去のような熱除去のためのヒートパイプネットワーク並びに関連するシステム及び方法」との名称の米国仮特許出願第６２／９１５，４６７の優先権を主張し、その全体が参照によりここに組み入れられる。

本技術は、原子炉並びに関連するシステム及び方法に関し、詳しくは、核燃料によって発生する熱を除去するヒートパイプを有する原子炉に関する。

発電所には多くの異なる形状及びサイズがある。大きな発電所は、地理的エリアに電力を供給するために使用され得る一方、比較的小さな発電所は、例えば、局所的エリア、潜水艦、宇宙船等に電力を供給するために使用され得る。発電所は、電力の供給に加え、海水の淡水化から医療目的の核同位体の生成まで、無数の付加的又は異なる目的に使用することができる。同様に、利用可能な発電所の種類は、いくつかの例を挙げると、ガス発電、石炭火力発電、及び原子力発電を含む幅広い技術をカバーしている。

現在までのところ、核物質の炉心から熱を除去する手段としてヒートパイプを使用する原子炉設計によると、一定のヒートパイプ流れ面積が、控えめな未接続のヒートパイプにおいて維持される。所与の炉心幾何形状に対し、熱除去は、総有効ヒートパイプ流れ面積と、ヒートパイプが占める炉心体積の割合とによって制限される。例えば、ヒートパイプの数が多くなると、総有効流れ面積及び熱除去容量が増加するが、燃料及び他の炉心材料に置き換わるので、炉心の熱生成能力が低下する。

以下の図面を参照して本技術の多くの側面が良好に理解される。図面におけるコンポーネントは、必ずしも尺度どおりというわけではない。その代わり、本技術の原理を明確に示すことに重点が置かれる。

本技術の複数の実施形態に従って構成される原子炉システムの部分的に模式的な側部断面図である。 本技術の複数の実施形態に従って構成される原子炉システムの反射体領域及び炉心領域の頂部断面図である。 本技術の複数の実施形態に従って構成される原子炉システムの反射体領域及び炉心領域の拡大した頂部断面図である。 本技術の複数の実施形態に従って構成される原子炉システムのヒートパイプの断面等角図である。 本技術の複数の実施形態に係る熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセスを使用して原子炉システムのヒートパイプに核燃料を形成するプロセス又は方法の流れ図である。 図４Ａ及び４Ｂは、図２Ｂに示される原子炉システムの一部分の拡大した頂部断面図であり、本技術の複数の実施形態に従って構成される原子炉システムの熱交換器を示す。 本技術の複数の付加的実施形態に従って構成される原子炉システムの頂部断面図である。 本技術の複数の付加的実施形態に従って構成される原子炉システムの拡大した頂部断面図である。 本技術の複数の付加的実施形態に従って構成される原子炉システムのさらに拡大した頂部断面図である。

本開示の複数の側面は一般に、原子炉システムに関する。以下に記載されるいくつかの実施形態において、代表的な原子炉システムには、蒸発器領域、断熱領域及び凝縮器領域を有する相互接続されたヒートパイプのネットワークが含まれる。ヒートパイプは作動流体を包含するように構成され、ヒートパイプのネットワークは、蒸発器領域から凝縮器領域に向かう方向における作動流体の増加する流れ断面積を画定し得る。システムはさらに、蒸発器領域の少なくとも一部分に熱的に結合されて熱を発生するように構成される核分裂性物質のような核燃料を含み得る。ヒートパイプのネットワークは、蒸発器領域からの熱を凝縮器領域に伝達するように構成される。システムはさらに、発電を含むがこれに限られない一以上のプロセスにおいて使用されるシステムから出る熱を輸送するべく、凝縮器領域に熱的に結合される一以上の熱交換器を含み得る。

本技術の一つの側面において、ヒートパイプの増加する流れ面積により、ヒートパイプの熱除去容量が、例えば、一定流れ面積の単数パイプを有する従来型ヒートパイプと比べて増加し得る。いくつかの実施形態において、ヒートパイプは、蒸発器領域から凝縮器領域に向かう方向に分岐又は二分されるので、ヒートパイプのネットワークの流れ面積が増加し得る。

いくつかの実施形態において、ヒートパイプのネットワークはヒートパイプ層に与えられ、原子炉システムは、複数の積層ヒートパイプ層を含み得る。本技術の一つの側面において、ヒートパイプ層の数は、例えば、システム内の燃料の量、ひいてはシステムのパワー／熱出力、に従って変わり得る。本技術の一つの側面において、ヒートパイプ層は、当該ヒートパイプ層の共通フレーム及び／又は他の複数のフレームに緩く結合され得る。これにより、ヒートパイプ層は、熱及び／又は放射に起因して独立して膨張／収縮し得るので、ヒートパイプ層、フレーム、及び／又はシステムの他のコンポーネントへの機械的応力が低減され得る。いくつかの実施形態において、システムに燃料を補給するべく、ヒートパイプ層のうち一以上のヒートパイプ（及びそれに取り付けられ又は関連付けられる燃料）を、例えばヒートパイプのネットワーク全体を除去する必要なしに、除去し、交換し、及び／又はヒートパイプ層の積層内の他の箇所にシフトすることができる。

いくつかの実施形態において、燃料は、ヒートパイプの蒸発器領域に直接取り付けることができる。これにより、燃料とヒートパイプとの高い熱結合性が得られる。例えば、燃料は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセスを使用してヒートパイプに形成することができる。

本技術の様々な実施形態の完全な理解を与えるべく、所定の詳細例が、以下の説明及び図１～５Ｃに記載される。他例において、原子炉、ヒートパイプ、熱交換器等に関連付けられることが多い周知の構造物、材料、動作及び／又はシステムは、本技術の様々な実施形態の説明を不必要に不明瞭にするのを避けるべく、以下の開示において詳細には示されず又は説明されない。しかしながら、当業者であれば、本技術は、ここに記載される複数の詳細例の一以上がなくとも、及び／又は他の構造物、方法、コンポーネント等により、実施できることがわかる。

以下に使用される用語は、本技術の実施形態の所定例の詳細な説明とともに使用されている場合であっても、最も広い合理的な態様で解釈されるべきである。実際のところ、以下で所定の用語が強調されることさえあるが、任意の制限された態様で解釈されるように意図される用語はいずれも、この詳細な説明のセクションにおいてそのように明示的かつ具体的に定義される。

添付図面は、本技術の複数の実施形態を描いており、明示的に示されない限り、その範囲を制限することを意図しない。描かれた様々な要素のサイズは、必ずしも縮尺どおりに描かれているわけではなく、これらの様々な要素は、読みやすさを向上させるために拡大され得る。コンポーネントの詳細は、かかる詳細が、本技術の製造方法及び使用方法の完全な理解に不必要である場合は、コンポーネントの位置、及び当該コンポーネント間の所定の正確な接続のような詳細を除くべく、図面において抽象化され得る。図面に示される詳細、寸法、角度、及び他の特徴の多くは、本開示の特定の実施形態の単なる例示である。したがって、他実施形態が、本技術から逸脱することなく、他の詳細、寸法、角度及び特徴を有し得る。加えて、当業者は、本技術のさらなる実施形態も、以下に記載される詳細のうちのいくつかがなくとも実施できることがわかる。

図１は、本技術の代表的な実施形態に従って構成される原子炉システム１００（「システム１００」）の部分的に模式的な側部断面図を示す。図示される実施形態において、システム１００は、炉格納器１０２と、炉格納器１０２を取り囲む／封入する放射線遮蔽格納器１０４とを含む。いくつかの実施形態において、炉格納器１０２及び放射線遮蔽格納器１０４は、ほぼ円筒形状又はカプセル形状としてよい。システム１００はさらに、炉格納器１０２の中に複数のヒートパイプ層１０６を含む。図示される実施形態において、ヒートパイプ層１０６は互いに離間されて積層される。いくつかの実施形態において、ヒートパイプ層１０６は、共通フレーム１０９、炉格納器１０２の一部分（例えばその壁）、及び／又は炉格納器１０２の中の他の適切な構造物、に取り付けられ／固定される。他実施形態において、ヒートパイプ層１０６は、各ヒートパイプ層１０６が他のヒートパイプ層１０６の一以上を支持し、及び／又は各ヒートパイプ層１０６が他のヒートパイプ層１０６の一以上によって支持されるように互いの頂部に直接積層されてよい。

図示される実施形態において、システム１００はさらに、炉心領域１１６を少なくとも部分的に取り囲む遮蔽体又は反射体領域１１４を含む。ヒートパイプ層１０６は、炉心領域１１６が対応する三次元形状（例えば円筒状、球状等）を有するように円形、直線状、多角形、及び／又は他の形状を有してよい。いくつかの実施形態において、炉心領域１１６は、金属壁のような炉心障壁１１５によって反射体領域１１４から離間される。炉心領域１１６は、ヒートパイプ層１０６を加熱する核分裂性物質のような一以上の燃料源を含み得る。炉領域１１４は、システム１００の動作中に炉心領域１１６において燃料を燃焼させることによって生じる生成物を格納／反射するべく構成される一以上の材料を含み得る。例えば、反射体領域１１４は、中性子及び／又は他の核分裂生成物を、炉心領域１１６に向かって径方向内向きに反射するように構成される液体又は固体材料を含み得る。いくつかの実施形態において、反射体領域１１４は、炉心領域１１６を完全に取り囲んでよい。他実施形態において、反射体領域１１４は、炉心領域１１６を部分的にのみ取り囲んでよい。いくつかの実施形態において、炉心領域１１６は、減速材及び／又は冷却材のような制御材料１１７を含み得る。制御材料１１７は、炉心領域１１６においてヒートパイプ層１０６を少なくとも部分的に取り囲むことができ、両者間の熱伝達を可能にする。いくつかの実施形態において、以下に詳述されるように、システム１００の反応性を制御するように構成される液体減速材（例えば、液体金属合金、液体金属水素化物）としてよい。

図示される実施形態において、システム１００はさらに、ヒートパイプ層１０６まわりに配置される少なくとも一つの熱交換器１０８を含む。ヒートパイプ層１０６は、炉心領域１１６から少なくとも部分的に反射体領域１１４の中へと延びてよく、熱交換器１０８に熱的に結合される。図４Ａ及び４Ｂを参照して以下に詳述されるように、反射体領域１１４の外側に又は部分的に反射体領域１１４の中に熱交換器１０８を配置してよい。図２Ａ～５Ｃを参照して以下に詳述されるように、ヒートパイプ層１０６はそれぞれが、炉心領域１１６から熱交換器１０８への熱伝達経路を与える一アレイのヒートパイプを含んでよい。システム１００の動作中、炉心領域１１６の燃料は加熱し、ヒートパイプ層１０６におけるヒートパイプ内の流体を気化させ、この流体は熱交換器１０８まで熱を搬送することができる。

いくつかの実施形態において、熱交換器１０８は、ヒートパイプ層１０６まわりに巻かれた一以上のヘリカルコイル管を含み得る。熱交換器１０８の管は、作動流体（例えば水又は他の流体のような冷却材）を含み又は搬送し得る。作動流体は、ヒートパイプ層１０６からの熱を、電気、蒸気等を生成するときの使用を目的として炉格納器１０２及び放射線遮蔽格納器１０４の外へと搬送する。例えば、図示の実施形態において、熱交換器１０８は、タービン１１０、発電機１１１、凝縮器１１２及びポンプ１１３に動作可能に結合される。熱交換器１０８内の作動流体の温度が上昇すると、この作動流体は沸騰して気化し始める。気化した作動流体（例えば水蒸気）は、タービン１１０を駆動して作動流体の熱ポテンシャルエネルギーを、発電機１１１を介して電気エネルギーに変換するべく使用され得る。凝縮器１１２は、タービン１１０を通過した後の作動流体を凝縮させ、ポンプ１１３は、この作動流体を熱交換器１０８へと戻すことができる。ここで作動流体は他の熱サイクルを開始することができる。

図２Ａ及び２Ｂはそれぞれ、本技術の代表的な実施形態に従って構成される反射体領域１１４及び炉心領域１１６の頂部断面図及び拡大された頂部断面図である。詳しくは、図２Ａは、複数のヒートパイプ層１０６のうちの一つを示す。図示される実施形態において、ヒートパイプ層１０６は、少なくとも部分的に相互接続されるヒートパイプ２２０のネットワークを含む。ヒートパイプ２２０は、別個の管、一以上の固体部材の中に／間に形成されるチャネル、及び／又は一以上の流路（例えば、その中に含まれる作動流体に対するもの）を与えるように構成される（例えば、配置され及び形状にされる）他の構造物としてよい。

ヒートパイプ２２０は、ヒートパイプ２２０が、炉格納器１０２から反射体領域１１４への方向に径方向外向きに（例えば、図２Ａに矢印Ｒにより示されるようなヒートパイプ層１０６の中心軸Ｃから離れる方向に）延びるにつれて二分される分岐／先細り配列を有してよい。詳しくは、図２Ｂを参照し、ヒートパイプ２２０が、第２部分２２２の径方向内向きに配置されて第２部分２２２に二分される（例えば、分割される、接続される等）第１部分２２１を含み得る。同様に、第２部分２２２が、第３部分２２３の径方向内向きに配置されて第３部分２２３に二分され、第３部分２２３が、第４部分２２４の径方向内向きに配置されて第４部分２２４に二分され、等となり得る。いくつかの実施形態において、ヒートパイプ２２０はこれよりも多い又は少ない二分岐を含む。ヒートパイプ２２０はすべてがともに流体的に接続され、又はヒートパイプ２２０の２以上の異なるサブセットがともに流体的に接続されてよい。例えば、第１部分２２１及びその子孫（例えば、第２部分２２２の２つ、第３部分２２３の４つ、第４部分２２４の８つ等）を含むヒートパイプ２２０のサブセット又は分岐（例えば、図２Ｂに示されるくさび形状の分岐）がともに接続される。隣接するくさび形状分岐は互いから独立してよく、又は個々のくさび形状分岐が（例えば、隣接する第１部分２２１の入口において）ともに接続されてよい。

図２Ｃは、本技術の複数の実施形態に従って構成されるヒートパイプ２２０のうちの一つの断面等角図である。図示される実施形態において、ヒートパイプ２２０は、外面２３２ａ及び内面２３２ｂを有してチャネル２３４を画定する外壁２３０を含む。ヒートパイプ２２０は、チャネル２３４内に包含される作動流体（図示せず）を含む。作動流体は、例えば、ナトリウム又はカリウムのような二相金属（例えば液相及び気相）としてよい。壁２３０は、例えば一以上の金属材料又はセラミック材料のような任意の適切な強度、熱伝導性、及び耐中性子性の材料から形成してよい。特定の実施形態において、壁２３０はモリブデン合金を含む。図示される実施形態において壁２３０は、一般に正方形の断面形状を有するが、他実施形態において壁２３０は、円形、矩形、多角形、不規則、又は他の断面形状を有してよい。

ヒートパイプ２２０はさらに、内面２３２ｂの（例えば重力との関係で）下側／床部分のような、内面２３２ｂの一部分に沿って延びる／内面２３２ｂの一部分にわたって延びる第１のメッシュ又は芯２３６を含む。ヒートパイプ２２０はさらに、内面２３２ｂ及び第１の芯２３６の残りのすべて又は一部分に沿って／わたって延びる第２のメッシュ又は芯２３８を含んでよい。いくつかの実施形態において、第１の芯２３６は、第２の芯２３８と比べると、作動流体の相対的に高いスループットを可能にする粗い芯である。第２の芯２３８は、第１の芯２３６よりも大きな圧力勾配に抵抗するように第１の芯２３６よりも短い距離に対して作動流体を送り込むように構成される細かい芯となり得る。したがって、第１及び第２の芯２３６、２３８は一緒になって、（ｉ）第１の芯２３６が作動流体の長距離流を許容し、かつ、（ｉｉ）第２の芯２３８が作動流体の局所流を許容する複合芯を形成し得る。他実施形態において、ヒートパイプ２２０は、ヒートパイプ２２０のチャネル２３４を通る作動流体の流れを促進するための他の芯配列（例えば複合又は単一の芯配列）を含んでよい。

図２Ａ～２Ｃをともに参照すると、ヒートパイプ２２０は、少なくとも部分的に（ｉ）炉心領域１１６及びその中の制御材料１１７並びに（ｉｉ）反射体領域１１４を通って、中心軸Ｃから径方向外向きに延びる。詳しくは、いくつかの実施形態において、ヒートパイプ２２０の第１部分、第２部分、第３部分２２１～２２３が炉心領域１１６内に配置される一方で第４部分２２４は反射体領域１１４を貫通する。図示される実施形態において、ヒートパイプ２２０の第４部分２２４が反射体領域１１４を完全に通る結果、ヒートパイプ２２０の外向き終端２２５が反射体領域１１４の径方向外側に配置される。

燃料２２６（図２Ｂ）は、炉心領域１１６において（ヒートパイプ２２０の第１部分、第２部分及び第３部分２２１～２２３において）ヒートパイプ２２０まわりに／ヒートパイプ２２０に近接して配置される。いくつかの実施形態において、燃料２２６は、高熱伝導率、及び高密度の核分裂性物質を有するウランモリブデン合金のような、核分裂性物質を含む固体金属燃料としてよい。いくつかの実施形態において、燃料２２６は、ヒートパイプ２２０、又はヒートパイプ２２０を支持する構造物（例えば図１に示されるフレーム１０９）に沿ってスロット（図示せず）の中に、ヒートパイプ２２０の壁３３０と燃料２２６との間のギャップが全く存在しないかわずかにのみ存在するように、挿入してよい。かかる実施形態において、スロットは、燃料２２６を覆うことにより、燃料２２６の成長及び／又は核分裂生成物の漏出を抑制又は防止するクラッディングとして作用する。他実施形態において、燃料２２６は、熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセス、焼成、積層造形、及び／又は他の適切なプロセスを使用して、ヒートパイプ２２０に直接形成し／取り付けられてよい。

詳しくは、図３が、本技術の複数の実施形態に従ってＨＩＰプロセスを使用して燃料２２６を（例えば原子炉コンポーネントを形成する）ヒートパイプ２２０に形成するプロセス又は方法３６０の流れ図である。ブロック３６２において、方法３６０は、一以上のヒートパイプ２２０を圧力容器の中に配置することを含む。ブロック３６４において、方法３６０は、粉末燃料材料（例えば核分裂性物質）をヒートパイプ２２０の一部分に与え／積層することを含む。例えば、燃料２２６を、炉心領域１１６に位置することとなるヒートパイプ２２０の壁２３０に金属紛（例えばウランモリブデン合金の粉末）として与えてよい。燃料２２６は、ヒートパイプ２２０が圧力容器内に配置される前に又は配置された後にヒートパイプ２２０に与えることができる。ブロック３６６において、方法３６０は、燃料材料を固化／圧縮して当該燃料材料をヒートパイプ２２０に直接取り付けるべく、圧力容器内の圧力及び温度を上昇させることを含む。例えば、上昇した温度及び圧力により粉末燃料２２６が圧縮され、ヒートパイプ２２０の壁３３０上でコンパクトな固体になる。いくつかの実施形態において、圧力容器内の圧力を上昇させることは、ヒートパイプ２２０又は燃料２２６の材料と反応しない不活性ガス（例えばアルゴン）を圧力容器の中へと送り込むことによって、圧力容器内の等静圧ガス圧力を上昇させることを含む。いくつかの実施形態において、温度は、約４５０℃よりも高く、約１０００℃よりも高く、約１３００℃よりも高く、又はこれらよりも熱くてよい。いくつかの実施形態において、圧力は、約２０ＭＰａよりも高く、約５０ＭＰａよりも高く、約１００ＭＰａよりも高く、又はこれらよりも高くてよい。

したがって、図１～３をともに参照すると、本技術の一側面において、燃料２２６を、ヒートパイプ２２０の壁３３０に物理的に取り付け／一体化することができ、燃料２２６とヒートパイプ２２０との間に高い熱結合を与えることができる。いくつかの実施形態において、燃料２２６をヒートパイプ２２０に取り付けるのと同じ又は異なるプロセスを使用して、燃料２２６まわりにクラッディング材料を形成してよい。例えば、ＨＩＰプロセスを使用して、燃料２２６まわりにクラッディング層を形成してよい。

システム動作中（例えば燃料２２６及びヒートパイプ２２０がシステム１００に設置された後）、燃料２２６は、ヒートパイプ２２０に伝達される熱を発生し、中にある作動流体を気化／蒸発させる。炉心領域１１６におけるヒートパイプ２２０の第１部分、第２部分及び第３部分２２１～２２３は、作動流体が加熱され蒸発／気化されるヒートパイプ２２０の蒸発器領域を画定し得る。その後、蒸発した作動流体は、ヒートパイプ２２０の第４部分２２４（例えばヒートパイプ２２０の断熱領域）に沿ってチャネル２３４を半径方向外側へと通過し、反射体領域１１４を通過し、作動流体が冷却及び凝縮されるヒートパイプ２２０の外向き終端２２５（例えばヒートパイプ２２０の凝縮器領域）へと向かうように流れる。第１及び第２の芯２３６、２３８は、凝縮／冷却された作動流体をヒートパイプ２２０内の圧力勾配に抵抗して輸送するように構成され、当該作動流体は、再び加熱及び蒸発され得るヒートパイプ２２０の蒸発器領域に到達する。したがって、いくつかの実施形態において、熱は、ヒートパイプ２２０の蒸発器領域へと蓄積され、ヒートパイプ２２０の凝縮器領域から除去されるが、断熱領域にあるヒートパイプ２２０から除去されることも当該ヒートパイプ２２０に追加されることもない。作動流体の蒸気質量流量は、蒸発器領域の長さにわたって増加し、凝縮器領域の長さにわたって減少し得る。

本技術の一つの側面において、ヒートパイプ２２０の分岐化（例えば、細分化、二分化）配列により、流れ面積（例えば流れ断面積）が径方向（例えば図２Ａにおいて矢印Ｒで示される方向）に増加する。すなわち、ヒートパイプ２２０は、共通点（例えば中心軸Ｃ）近くから始まって、第１部分２２１から第２部分２２２へ、第２部分２２２から第３部分２２３へ等のように分岐することにより、流れ面積を成長させる。この配列により、一定流れ面積の単一管を有する従来型ヒートパイプに比べて、ヒートパイプ２２０の熱除去容量を高めることができる。

詳しくは、ヒートパイプの熱除去容量に影響を与える少なくとも２つの特性が存在する。すなわち、毛管限界及び音速限界である。毛管限界は、ヒートパイプの長さにわたる圧力差による力が当該ヒートパイプの芯内の毛管力を超えるときに生じ、冷却液がヒートパイプの末端に到達するのを妨げる。この限界は、芯を改善して毛管力を増加させることによって対処することができ、又は蒸気流路を改善して圧力差を減少させることによって対処することができる。音速限界は、絞られた流れが生じるときの速度を表す。この時点において、多くの流体をヒートパイプにより輸送することができない。この制限は、流れ面積を大きくすること又はパワーを低下させることによって対処できる。ヒートパイプ２２０の配列により、一定の流れ面積を有する従来型ヒートパイプと比べて、毛管限界及び音速限界を超えることなく、ヒートパイプ２２０の長さに沿って蒸気及び液体の流れ面積が増加するので、改善された熱伝達が得られる。特に、流れ面積の増加により、ヒートパイプの蒸発器セクションにおいて生じるのが典型的な蒸気速度増加が制限される。これにより、分岐化ヒートパイプ２２０は、動作限界に達する前に多くの熱を引き込むことができる。

本技術の他側面において、分岐化ヒートパイプ２２０はまた、径方向（例えば図２Ａにおいて矢印Ｒで示される方向）に増加する表面積を有する。これにより、ヒートパイプ２２０と燃料２２６との間の相対的に高い有効接触表面積が許容される（燃料２２６を取り付けるための大きな表面積が得られる）ので、燃料２２６を薄く作って当該大きな表面積にわたって広げることができる。さらに、分岐化ヒートパイプ２２０は、追加の表面積を与えることができるので、外向き終端２２５近くの凝縮器領域において径方向に均一な冷却が得られる。

分岐化はまた、炉心領域１１６において必要とされる別個のヒートパイプ２２０の数も低減する。例えば、分岐化ヒートパイプ２２０の一つが、蒸発器領域からの複数の流れ出口を有する炉心領域１１６の一セクションをカバーすることができる。したがって、分岐化ヒートパイプ２２０により、同じ熱除去速度（例えば同一の蒸発器出口流れ面積）のための炉心領域１１６内のパイプの容積が低減される。使用され得るパイプの数が少ないので、熱交換器１０８（図１）をコンパクトにすることができ、並びに／又は、燃料２２６及び／若しくは制御材料１１７（例えば減速材）の多くを炉心領域１１６に含めることができる。要するに、本技術は、システム１００の熱除去容量を増加させる手段を与える一方で、熱除去に必要な炉心領域１１６の体積の割合を低減する。

図４Ａ及び４Ｂは、図２Ｂに示されるシステム１００の一部分の拡大された頂部断面図であり、本技術の複数の実施形態に係る熱交換器１０８を示す。最初に図４Ａを参照すると、いくつかの実施形態において、熱交換器１０８が、ヒートパイプ２２０の外向き終端２２５に近接する（例えばヒートパイプ２２０の凝縮器領域に近接する）反射体領域１１４内に配置される。このような実施形態のいくつかにおいて、反射体領域１１４は、中性子を炉心領域１１６の内向きに反射するように構成される液体金属材料（例えば液体金属合金、液体金属水素化物）のような液体４４０を含む。いくつかの実施形態において、熱交換器１０８が、複数のヒートパイプ２２０及び／又はそれらの支持構造物に直接結合され／取り付けられる一方、他実施形態において、熱交換器１０８は、反射体領域１１４内でヒートパイプ２２０から離間されてよい。例えば、液体４４０は、ヒートパイプ２２０から熱交換器１０８に熱を伝達する熱伝達媒体として作用し得る。いくつかの実施態様において、炉心障壁１１５により、反射体領域１１４内の液体４４０が炉心領域１１６内の制御材料１１７から分離され、ヒートパイプ２２０は、炉心障壁１１５を貫通することができる。本技術の一つの側面において、反射体領域１１４内の液体４４０の熱特性が、熱交換器１０８まわりの熱を分散させるのに役立ち得るので、ヒートパイプ２２０のいずれかの故障による熱交換器１０８の故障を抑制することができる。

次に図４Ｂを参照すると、いくつかの実施形態において、熱交換器１０８が、ヒートパイプ２２０の外向き終端２２５に近接する（例えばヒートパイプ２２０の凝縮器領域に近接する）反射体領域１１４の径方向外側に配置される。このような実施形態のいくつかにおいて、反射体領域１１４は、中性子を炉心領域１１６の内向きに反射するように構成される固体材料４４２を含む。したがって、ヒートパイプ２２０は、固体材料４４２を貫通することができる。

図１～２Ｃ、４Ａ及び４Ｂをともに参照すると、いくつかの実施形態において、炉心領域１１６は、炉心領域１１６内のヒートパイプ２２０及び燃料２２６を少なくとも部分的に取り囲む制御材料１１７を含み得る。図示される実施形態において、制御材料１１７は、炉心領域１１６の周縁で終端し、ひいては燃料２２６を完全に取り囲む。他実施形態において、制御材料１１７は、少なくとも部分的に反射体領域１１４の中へと延びて反射体の一部として作用し得る。さらなる他実施形態において、制御材料１１７は省略してよい。

制御材料１１７は、システム１００の反応性を制御するように構成される減速材としてよく、及び／又はヒートパイプ層１０６間に熱を分散させるように構成される冷却材としてよい。いくつかの実施形態において、制御材料１１７は、例えば、システム１００から水素を加え又は除去することによって燃料２２６の反応性を制御するように使用することができる金属水素化物を含む液体減速材としてよい。詳しくは、制御材料１１７は、水素化カルシウム（例えばＣａＨ２）、ビスマスカルシウム（Ｂｉ－Ｃａ） 、及び／又は他の適切な化合物の混合物としてよい。かかる混合物は、システム１００の水素含有量に基づいて金属と金属水素化物との間で可逆的な変換を行うことができるので、制御材料１１７の状態に基づいて燃料２２６の反応性を制御する減速材として使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、システム１００は、炉心領域１１６の水素含有量レベルを変化させるように構成される水素制御システム１１９（図１）を含んでよく、それによって制御材料１１７の状態、ひいてはその減速特性が制御される。制御材料１１７は、ヒートパイプ層１０６間に熱を均等に分散させる冷却材として作用することもできる。例えば、一以上のヒートパイプ２２０が故障した場合、制御材料１１７は、故障したヒートパイプ２２０まわりの燃料２２６からの熱を他のヒートパイプ２２０に伝達するのに役立つので、ヒートパイプ２２０は、システム１００から熱除去するべく機能する。したがって、本技術の一つの側面において、制御材料１１７は、ヒートパイプの故障から生じる熱勾配誘起応力を低減し、炉心領域１１６の構造設計を簡素化する。

制御材料１１７に対して付加的又は代替的に、システム１００は、燃料２２６の核分裂を誘発し得る炉心領域１１６内の中性子の吸収材（例えば毒物）として構成されるホウ素制御棒のような一以上の制御棒（図示せず）を含み得る。かかる制御棒は、システム１００の起動及び停止を容易にするのに役立つ。

図５Ａ～５Ｃはそれぞれ、本技術の付加的実施形態に係る炉心領域１１６に配置される一つのヒートパイプ層１０６の一部分の頂部断面図、拡大した頂部断面図、及びさらに拡大した頂部断面図である。図５Ａ及び５Ｂに示されるヒートパイプ層の特徴及び関連する機能のいくつかは、一般に、図２Ａ～４Ｂに関して詳述されたヒートパイプ層の特徴及び／又は機能と同様又は同一となり得る。例えば、図５Ａ～５Ｃをともに参照すると、ヒートパイプ層１０６は、相互接続されるヒートパイプのネットワークを含む。しかしながら、図示される実施形態において、ヒートパイプ層１０６は、（ｉ）ヒートパイプ層１０６の中心軸Ｃから離れる矢印Ｒにより示される方向に径方向外向きに延びる動脈ヒートパイプ５２０（例えば、個別には第１動脈ヒートパイプ５２０ａ～第３動脈ヒートパイプ５２０ｃとして識別される動脈流路）（図５Ａ）と、（ｉｉ）中心軸Ｃに対して周方向に延びて２以上の動脈ヒートパイプ５２０を接続する分岐外ヒートパイプ５５２（例えば分岐外の流路）とを含む。

図示される実施形態において、第１動脈ヒートパイプ５２０ａは、第２動脈ヒートパイプ５２０ｂ及び第３動脈ヒートパイプ５２０ｃよりも径方向内向きに延び、第２動脈ヒートパイプ５２０ｂは、第３動脈ヒートパイプ５２０ｃよりも径方向内向きに延びる。さらに、動脈ヒートパイプ５２０は、中心軸Ｃまわりに周方向にほぼ等間隔に配置することができ、第３動脈ヒートパイプ５２０ｃの数は第２動脈ヒートパイプ５２０ｂの数よりも多く（例えば２倍）、第２動脈ヒートパイプ５２０ｂの数は第１動脈ヒートパイプ５２０ａの数よりも多く（例えば２倍）、等となる。したがって、動脈ヒートパイプ５２０は、第１動脈ヒートパイプ５２０ａのそれぞれが、第２動脈ヒートパイプ５２０ｂの２つ（例えば一対）に直接隣接し、第２動脈ヒートパイプ５２０ｂのそれぞれが、第３動脈ヒートパイプ５２０ｃの２つに直接隣接し、以下同様となるように、交番／交互配置を形成することができる。他実施形態において、炉心領域１１６は、これよりも多い又は少ない動脈ヒートパイプ５２０を有してよく、及び／又は動脈ヒートパイプ５２０は、異なるように（例えば非対称的に）配置してよい。動脈ヒートパイプ５２０は作動流体を包含し、少なくとも部分的に反射体領域１１４（図１）を通過する熱除去経路を熱交換器１０８（図１）に与える。

分岐外ヒートパイプ５５２はそれぞれが、動脈ヒートパイプ５２０の隣接ペア（例えば周方向に隣接する対）間に延びて当該隣接ペアを接続する。動脈ヒートパイプ５２０及び分岐外ヒートパイプ５５２（まとめて「ヒートパイプ５２０、５５２」）はすべてが、ともに流体的に接続され、又はヒートパイプ５２０、５５２のうちの２以上の異なるサブセットがともに流体的に接続される。例えば、ヒートパイプ５２０、５５２のサブセット又は分岐をともに接続し、図５Ｂに示されるくさび形状の分岐のように、第１動脈ヒートパイプ５２０ａ、隣接する２つの第２動脈ヒートパイプ５２０ｂ、隣接する４つの第３動脈ヒートパイプ５２０ｃ、等のようにすることができる。

図示される実施形態において、分岐外ヒートパイプ５５２はそれぞれが、一以上（例えば２以上）の蒸発器ヘッド５５４を含む。図５Ｃを参照すると、燃料２２６は、蒸発器ヘッド５５４のまわり／近傍に配置することができる。例えば、図示される実施形態において、燃料２２６は、蒸発器ヘッド５５４と燃料２２６との間のギャップが全く存在しないかわずかにのみ存在するように、（例えばＨＩＰプロセスを介して）蒸発器ヘッド５５４に直接取り付けられる。他実施形態において、燃料２２６は、蒸発器ヘッド５５４上のスロットに挿入してよい。いくつかの実施形態において、複数の蒸発器ヘッド５５４が、分岐外ヒートパイプ５５２の長さ及び／又は数が増加するにつれて蒸発器ヘッド５５４の数が径方向に増加するように、分岐外ヒートパイプ５５２に沿って互いに均等に離間されるようにしてよい。

再び図５Ａ～５Ｃをともに参照すると、システム１００の動作中に燃料２２６は、その中の、及び／又は分岐外ヒートパイプ５５２内の、作動流体を蒸発／蒸発させるべく、蒸発器ヘッド５５４に伝達される熱を生成する。その後、蒸発した作動流体は、接続される動脈ヒートパイプ５２０の一方又は双方に向かって周方向に流れた後、動脈ヒートパイプ５２０に沿って反射体領域１１４（図１）を通って熱交換器１０８（図１）に向かって径方向外向きに流れる。熱交換器１０８において作動流体は冷却され、凝縮され、熱交換器１０８に熱を伝達する。ヒートパイプ５２０、５５２は、凝縮／冷却された作動流体を、ヒートパイプ５２０、５５２内の圧力勾配に抵抗して蒸発器ヘッド５５４に輸送するように構成される芯（例えば図２Ｃを参照して詳述さらたもの）を含んでよい。当該芯において作動流体が再び加熱及び蒸発され得る。したがって、ヒートパイプ５２０、５５２は、燃料２２６から熱を除去し、熱交換器１０８に向かって径方向外向きに熱を輸送する（図１）。

図２Ａ～４Ｂを参照して上述した実施形態と同様に、ヒートパイプ５２０、５５２の配列は、径方向に（例えば矢印Ｒにより示される方向に）増加する流れ面積を与える。すなわち、ヒートパイプ５２０、５５２のネットワークは、共通点（例えば中心軸Ｃ）近くから始まり、ヒートパイプ５２０、５５２の数及び／又は長さが径方向に増加するにつれて、流れ面積が成長する。上で詳述したように、この配列は、流れ面積が一定の単一管を有する従来型ヒートパイプと比べて、ヒートパイプ５２０、５５２の熱除去容量を増加させ得る。同様に、いくつかの実施形態において、制御材料１１７は、炉心領域１１６内のヒートパイプ５２０、５５２及び燃料２２６を少なくとも部分的に取り囲み得る。

再び図１を参照すると、他実施形態において、ヒートパイプ層１０６はそれぞれが、一以上のディスク形状（例えば円形）の平面ヒートパイプを含み得る。いくつかの実施形態において、対応する平坦なディスク形状を有する燃料要素を、炉心領域１１６内のヒートパイプに取り付けることができる。すなわち、ヒートパイプ層１０６は、対応する平坦な燃料要素の間に配置することができる。かかる実施形態により、相対的に単純な配列を与えながらも、燃料との接触のための相対的に高い蒸気流れ面積及び高い表面積を依然として与えることができる。
図１～５Ｃをともに参照すると、複数のヒートパイプ層１０６はそれぞれが同一であってよい。他実施形態において、ヒートパイプ層１０６の構成は変えられてよい。例えば、ヒートパイプ層１０６のうちのいくつかが、図２Ａ～２Ｃに示されるヒートパイプ２２０のネットワークを含んでよい一方、ヒートパイプ層１０６のうちのいくつかが、図５Ａ～５Ｃに示されるヒートパイプ５２０、５５２のネットワークを含んでよく、及び／又は、ヒートパイプ層１０６のうちのいくつかが平坦なディスク形状のヒートパイプを含む。

本技術の一つの側面において、ヒートパイプ層１０６の数を変えることにより、システム１００における燃料２２６の量、ひいてはシステム１００のパワー／熱出力を変えてよい。本技術の他側面において、ヒートパイプ層１０６は、（例えば複数の可撓性接合部を介して）フレーム１０９及び／又は他のヒートパイプ層１０６に緩く結合されてよい。これにより、ヒートパイプ層１０６は、熱及び／又は放射線に起因して独立して膨張／収縮することができるので、ヒートパイプ層１０６、フレーム１０９、及び／又はシステム１００の他のコンポーネントへの機械的応力が低減される。同様に、各ヒートパイプ層１０６におけるヒートパイプのすべて又はサブセットが、熱及び／又は放射線に起因して独立して膨張／収縮することができる。例えば、ヒートパイプ２２０（例えば図２Ｂに示される分岐）又はヒートパイプ５２０、５５２（例えば図５Ｂに示される分岐）のくさび形状分岐はそれぞれが、ヒートパイプ層１０６内の他のくさび形状分岐から独立して動くことができる。

いくつかの実施形態において、システム１００に燃料を補給するべく、一以上のヒートパイプ層１０６（及びそれに取り付けられ又はそれに関連付けられる燃料２２６）を取り外し、交換し、及び／又はヒートパイプ層１０６の積層内の他の箇所にシフトさせることができる。同様に、いくつかの実施形態において、燃料補給プロセス中にヒートパイプの独立した分岐の一以上をシフト／移動させることができる。本技術の他の側面において、ヒートパイプ層１０６のモジュール性により、ヒートパイプ層１０６を並列して製造／作製し、その後に組み立てることができる。

以下の例は、本技術のいくつかの実施形態を例示する。
［例１］
原子炉であって、
蒸発器領域、断熱領域及び凝縮器領域を含むヒートパイプネットワークと、
前記蒸発器領域の少なくとも一部分に熱的に結合される核燃料と
を含み、
前記ヒートパイプネットワークは、前記蒸発器領域から前記凝縮器領域への方向に流れ断面積が増加する複数の流路を画定し、
前記ヒートパイプネットワークは、前記蒸発器領域において前記燃料から受けた熱を前記凝縮器領域に伝達するように配置される、原子炉。
［例２］
前記核燃料は前記蒸発器領域に直接取り付けられる、例１の原子炉。
［例３］
前記核燃料は、前記蒸発器領域に押圧されたウランモリブデン合金である、例２の原子炉。
［例４］
前記原子炉はさらに、前記蒸発器領域を少なくとも部分的に取り囲む液体金属減速材を含み、
前記液体金属減速材は、前記核燃料の反応性を制御するように配置される、例１～３のいずれか一例の原子炉。
［例５］
前記原子炉はさらに、前記核燃料の核分裂からもたらされる中性子を反射するように配置される反射体を含み、
前記ヒートパイプネットワークの少なくとも一部分が前記反射体を貫通する、例１～４のいずれか一例の原子炉。
［例６］
前記断熱領域は、前記反射体を通過して前記蒸発器領域から離れるように延び、
前記凝縮器領域は前記反射体の外側に配置される、例５の原子炉。
［例７］
前記凝縮器領域に熱的に結合される熱交換器をさらに含む、例１～６のいずれか一例の原子炉。
［例８］
前記流路の個々の流路が、前記蒸発器領域から前記凝縮器領域に向かう方向に分岐して２以上の部分になる、例１～７のいずれか一例の原子炉。
［例９］
前記流路の個々の流路は、（ａ）前記ヒートパイプの中心軸に隣接する第１部分と、（ｂ）前記第１部分から分岐する一対の第２部分と、（ｃ）前記第２部分のそれぞれから分岐する一対の第３部分と、（ｄ）前記第３部分のそれぞれから分岐する一対の第４部分とを含む、例１～８のいずれか一例の原子炉。
［例１０］
前記核燃料は前記流路の前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分に熱的に結合される、例９の原子炉。
［例１１］
前記原子炉はさらに、前記核燃料の核分裂からもたらされる中性子を反射するように配置される反射体を含み、
前記第４部分は前記反射体を貫通する、例１０の原子炉。
［例１２］
前記ヒートパイプネットワークは、（ａ）前記ヒートパイプネットワークの中心軸から径方向に離れるように延びる動脈流路と、（ｂ）前記中心軸まわりに周方向に延びて前記動脈流路の周方向隣接対を接続する分岐外流路とを含む、例１～１１のいずれか一例の原子炉。
［例１３］
前記分岐外流路の個々の分岐外流路が一以上の蒸発器ヘッドを含み、前記核燃料は前記蒸発器ヘッドに直接取り付けられる、例１２の原子炉。
［例１４］
原子炉であって、
複数のヒートパイプ層と、
反射体と、
前記ヒートパイプ層に熱的に結合される熱交換器と
を含み、
前記ヒートパイプ層の個々のヒートパイプ層は、（ａ）中心軸から径方向外向きに延びるヒートパイプネットワークと、（ｂ）前記ヒートパイプネットワークの少なくとも一部分に熱的に結合される核分裂性物質とを含み、
前記ヒートパイプネットワークは、前記中心軸から径方向外向きに流れ断面積が増加し、
前記反射体は、前記核分裂性物質の核分裂からもたらされる中性子を前記中心軸に向かって反射するように配置され、
前記ヒートパイプ層の個々のヒートパイプ層における前記ヒートパイプネットワークは前記反射体を部分的に貫通し、
前記ヒートパイプ層は、前記核分裂性物質から受けた熱を前記熱交換器に伝達するように配置される、原子炉。
［例１５］
前記ヒートパイプ層は互いの上に積層される、例１４の原子炉。
［例１６］
前記ヒートパイプ層は、フレームに結合されて支持される、例１４又は１５の原子炉。
［例１７］
前記反射体は固体材料を含み、前記熱交換器は、前記反射体の径方向外側に配置される、例１４～１６のいずれか一例の原子炉。
［例１８］
前記反射体は流体を含み、前記熱交換器は、少なくとも部分的に前記流体の中に配置され、前記流体は、前記ヒートパイプネットワークからの熱を前記熱交換器に伝達するように前記流体及び前記ヒートパイプ層に熱的に接触する、例１４～１７のいずれか一例の原子炉。
［例１９］
原子炉コンポーネントを形成する方法であって、
圧力容器の中にヒートパイプを配置することと、
前記ヒートパイプの少なくとも一部分に粉末核燃料材料を与えることと、
前記圧力容器の中の圧力及び温度を上昇させて前記核燃料材料を固化し、前記核燃料材料を前記ヒートパイプに直接取り付けることと
を含む、方法。
［例２０］
前記核燃料材料は核分裂性物質である、例１９の方法。
［例２１］
前記核燃料材料はウランモリブデン合金である、例１９又は２０の方法。
［例２２］
前記圧力容器の中の圧力を上昇させることは、前記圧力容器の中へと不活性ガスを送り込むことを含む、例１９～２１のいずれか一例の方法。
［例２３］
前記ヒートパイプの前記少なくとも一部分に前記粉末核燃料材料を与えることは、前記ヒートパイプの蒸発領域に前記粉末核燃料材料を与えることを含み、
前記ヒートパイプはさらに凝縮器領域を含み、
前記ヒートパイプは、前記蒸発器領域から前記凝縮器領域への方向に流れ断面積が増加する流路を画定する、例１９～２２のいずれか一例の方法。

本技術の実施形態の上記詳細な説明は、網羅的であることを意図したものではなく、又は上記開示の正確な形態に本技術を限定することを意図したものでもない。本技術の特定の実施形態及び例は、説明目的のために上述されているが、当業者が認識するように、本技術の範囲内で様々な等価な修正例が可能である。例えば、ステップが所与の順序で提示されるが、他実施形態が、異なる順序でステップを実行してよい。ここに記載される様々な実施形態は、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせてよい。

前述のことからわかることだが、本技術の特定の実施形態が例示目的でここに記載されてきたにもかかわらず、周知の構造及び機能は、本技術の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるべく、詳細に図示又は記載されていない。文脈が許す場合、単数又は複数の用語はそれぞれ、複数又は単数の用語を含んでよい。

ここで使用されるように、「Ａ及び／又はＢ」における「及び／又は」は、Ａ単独と、Ｂ単独と、Ａ及びＢとを言及する。参照によりここに組み入れられる任意の文献が本開示と矛盾する範囲において、本開示が優先する。加えて、用語「含む」及び「備える」は、少なくとも記載された特徴を含むことを意味するように全体を通して使用され、同じ特徴及び／又は他の特徴の付加的タイプの任意の多数が排除されるわけではない。またもわかることだが、特定の実施形態が例示目的でここに記載されてきたにもかかわらず、本技術から逸脱することなく様々な修正がなされ得る。さらに、本技術のいくつかの実施形態に関連付けられる利点が、これらの実施形態の文脈で説明されてきたが、他実施形態もまた、かかる利点を示すことができ、かかる利点が本技術の範囲に当てはまることをすべての実施形態が必ずしも示すわけではない。したがって、本開示及び関連する技術は、ここに明示的には図示又は記載されていない他実施形態を包括し得る。

Claims (23)

1. 原子炉であって、
   蒸発器領域、断熱領域及び凝縮器領域を含むヒートパイプネットワークと、
   前記蒸発器領域の少なくとも一部分に熱的に結合される核燃料と
   を含み、
   前記ヒートパイプネットワークは、前記蒸発器領域から前記凝縮器領域への方向に流れ断面積が増加する複数の流路を画定し、
   前記ヒートパイプネットワークは、前記蒸発器領域において前記燃料から受けた熱を前記凝縮器領域に伝達するように配置される、原子炉。
2. 前記核燃料は前記蒸発器領域に直接取り付けられる、請求項１の原子炉。
3. 前記核燃料は、前記蒸発器領域に押圧されたウランモリブデン合金である、請求項２の原子炉。
4. 前記原子炉はさらに、前記蒸発器領域を少なくとも部分的に取り囲む液体金属減速材を含み、前記液体金属減速材は、前記核燃料の反応性を制御するように配置される、請求項１の原子炉。
5. 前記原子炉はさらに、前記核燃料の核分裂からもたらされる中性子を反射するように配置される反射体を含み、
   前記ヒートパイプネットワークの少なくとも一部分が前記反射体を貫通する、請求項１の原子炉。
6. 前記断熱領域は、前記反射体を通過して前記蒸発器領域から離れるように延び、
   前記凝縮器領域は前記反射体の外側に配置される、請求項５の原子炉。
7. 前記凝縮器領域に熱的に結合される熱交換器をさらに含む、請求項１の原子炉。
8. 前記流路の個々の流路が、前記蒸発器領域から前記凝縮器領域に向かう方向に分岐して２以上の部分になる、請求項１の原子炉。
9. 前記流路の個々の流路は、（ａ）前記ヒートパイプの中心軸に隣接する第１部分と、（ｂ）前記第１部分から分岐する一対の第２部分と、（ｃ）前記第２部分のそれぞれから分岐する一対の第３部分と、（ｄ）前記第３部分のそれぞれから分岐する一対の第４部分とを含む、請求項１の原子炉。
10. 前記核燃料は前記流路の前記第１部分、前記第２部分及び前記第３部分に熱的に結合される、請求項９の原子炉。
11. 前記原子炉はさらに、前記核燃料の核分裂からもたらされる中性子を反射するように配置される反射体を含み、
    前記第４部分は前記反射体を貫通する、請求項１０の原子炉。
12. 前記ヒートパイプネットワークは、（ａ）前記ヒートパイプネットワークの中心軸から径方向に離れるように延びる動脈流路と、（ｂ）前記中心軸まわりに周方向に延びて前記動脈流路の周方向隣接対を接続する分岐外流路とを含む、請求項１の原子炉。
13. 前記分岐外流路の個々の分岐外流路が一以上の蒸発器ヘッドを含み、前記核燃料は前記蒸発器ヘッドに直接取り付けられる、請求項１２の原子炉。
14. 原子炉であって、
    複数のヒートパイプ層と、
    反射体と、
    前記ヒートパイプ層に熱的に結合される熱交換器と
    を含み、
    前記ヒートパイプ層の個々のヒートパイプ層は、（ａ）中心軸から径方向外向きに延びるヒートパイプネットワークと、（ｂ）前記ヒートパイプネットワークの少なくとも一部分に熱的に結合される核分裂性物質とを含み、
    前記ヒートパイプネットワークは、前記中心軸から径方向外向きに流れ断面積が増加し、
    前記反射体は、前記核分裂性物質の核分裂からもたらされる中性子を前記中心軸に向かって反射するように配置され、
    前記ヒートパイプ層の個々のヒートパイプ層における前記ヒートパイプネットワークは前記反射体を部分的に貫通し、
    前記ヒートパイプ層は、前記核分裂性物質から受けた熱を前記熱交換器に伝達するように配置される、原子炉。
15. 前記ヒートパイプ層は互いの上に積層される、請求項１４の原子炉。
16. 前記ヒートパイプ層は、フレームに結合されて支持される、請求項１４の原子炉。
17. 前記反射体は固体材料を含み、
    前記熱交換器は、前記反射体の径方向外側に配置される、請求項１４の原子炉。
18. 前記反射体は流体を含み、
    前記熱交換器は、少なくとも部分的に前記流体の中に配置され、
    前記流体は、前記ヒートパイプネットワークからの熱を前記熱交換器に伝達するように前記流体及び前記ヒートパイプ層に熱的に接触する、請求項１４の原子炉。
19. 原子炉コンポーネントを形成する方法であって、
    圧力容器の中にヒートパイプを配置することと、
    前記ヒートパイプの少なくとも一部分に粉末核燃料材料を与えることと、
    前記圧力容器の中の圧力及び温度を上昇させて前記核燃料材料を固化し、前記核燃料材料を前記ヒートパイプに直接取り付けることと
    を含む、方法。
20. 前記核燃料材料は核分裂性物質である、請求項１９の方法。
21. 前記核燃料材料はウランモリブデン合金である、請求項１９の方法。
22. 前記圧力容器の中の圧力を上昇させることは、前記圧力容器の中へと不活性ガスを送り込むことを含む、請求項１９の方法。
23. 前記ヒートパイプの前記少なくとも一部分に前記粉末核燃料材料を与えることは、前記ヒートパイプの蒸発領域に前記粉末核燃料材料を与えることを含み、
    前記ヒートパイプはさらに凝縮器領域を含み、
    前記ヒートパイプは、前記蒸発器領域から前記凝縮器領域への方向に流れ断面積が増加する流路を画定する、請求項１９の方法。

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