JP5947484B2 - 核分裂点火部 - Google Patents
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Description
本願は、以下に挙げる出願(「関連出願」)からの最先の有効出願日の利益に関し、これを主張する(例えば、仮特許出願以外について最先の有効出願日を主張する、または仮特許出願について、また、関連出願のあらゆる親出願、親出願の親出願、さらにその親出願等についての35USC§119(e)の利益を主張する)。
USPTOの特別な法的要件のために本願は、「AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTOR FOR LONG−TERM OPERATION(長期運転のための自動化された原子炉)」と題された米国特許出願番号11/605、943の一部継続出願(発明者:RODERIC A.HYDE、MURIEL Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD、LOWELL L.WOOD,JR.、2006年11月28日出願、現在同時係属)を構成しているか、または、現在同時係属している出願にこの出願日の利益が付与される出願である。
本発明は原子炉、およびこれに関連する核分裂点火部に関する。
以下に、実施形態およびそれらの態様を、例示を意図して示しているシステムおよび方法を用いて説明するが、権利範囲を限定するものではない。
以下の図面を参照して例示的実施形態を説明する。ここで開示される実施形態および図面は、限定的なものではなく、むしろ例示として解釈されることを意図している。
概要として、実施形態に、核分裂炉のための核分裂点火部およびそれらの運転方法を示す。例示的な実施形態および態様は、非限定的に、核分裂燃料において核分裂爆燃波を引き起こすように構成される核分裂点火部、核分裂点火部を備える核分裂爆燃波炉、核分裂爆燃波を引き起こす方法などを含む。まず、いずれも非限定的なものであるが、原子炉の例、炉心原子工学の例、およびその運転を詳細に説明する。これらの詳細は、以下の米国特許出願に含まれている。すなわち、「AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTOR FOR LONG−TERM OPERATION(長期運転のための自動化された原子炉)」と題された米国特許出願番号11/605、943(発明者:RODERIC A.HYDE、MURIEL Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD、LOWELL L.WOOD,JR.、2006年11月28日出願)、「METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING FUEL IN A NUCLEAR REACTOR(原子炉における燃料供給方法およびシステム)」と題された米国特許出願番号11/605、848(発明者:RODERIC A.HYDE、MURIEL Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD、LOWELL L.WOOD,JR.、2006年11月28日出願)、「CONTROLLABLE LONG TERM OPERATION OF A NUCLEAR REACTOR(原子炉の制御可能な長期運転)」と題された米国特許出願番号11/605、933(発明者:RODERIC A.HYDE、MURIEL Y.ISHIKAWA、NATHAN P.MYHRVOLD、LOWELL L.WOOD,JR.、2006年11月28日出願)に含まれる。これらの内容の全てはここに参照として含まれる。そして、いくつかの例示的な実施形態および態様を詳細に説明する。すなわち、原子炉10は、例示的な核分裂点火部110を含む。原子炉10の多くの実施形態を検討するが、原子炉10の多くの検討実施形態のうちの共通の特徴は、核分裂爆燃波または「燃焼前線」の発生および伝搬である。
原子炉10の詳細を検討する前に、原子炉10の実施形態の背後にあるいくつかの検討事項を、非限定的に概要として説明する。原子炉10の実施形態の中には、後述の検討事項を全て満たす内容のものもある。一方、原子炉10の実施形態の中には、後述の検討事項のうち選択されたもののみを満たし、必ずしも全ての検討事項を満たす必要のないものもある。後述の説明には、以下の論文から引用された情報が含まれている:「Completely Automated Nuclear Power Reactors For Long−Term Operation: III. Enabling Technology For Large−Scale, Low−Risk, Affordable Nuclear Electricity」(Edward Teller, Muriel Ishikawa, Lowell Wood, Roderick Hyde, John Nuckolls);「PRESENTED AT the July 2003 Workshop of the Aspen Global Change Institute」、University of California Lawrence Livermore National Laboratory publication UCRL−JRNL−122708 (2003)。(この論文は、Energy, The International Journal(30 November 2003)に提出するために執筆されたものである)。これらの全ての内容はここに説明することによって本願に含まれる。
原子炉10の実施形態の背後にあるいくつかの検討事項について言及したので、原子炉10の例示的な実施形態のさらなる詳細について説明する。原子炉10の例示的な実施形態についての以下の説明は、非限定的な例を挙げており、なんら限定するものではないことを強調しておく。上述したように、原子炉10のさらなる態様と同様に、原子炉10のいくつかの実施形態について検討する。原子炉10の例示的な実施形態についての詳細を説明した後、他の実施形態および態様を説明する。
核分裂炉炉心アセンブリ100中の核分裂爆燃波について説明する。可燃性物質における爆燃波の伝搬によって、予測可能なレベルでエネルギーを解放することができる。さらに、物質構成が適切な時間不変的特徴を有している場合、その後の出力生産が安定したレベルとなり得る。最終的に、爆燃波が伝搬する速度を実用的な方法で外部より調節し得る場合、エネルギー解放率および出力生産は所望の状態に制御され得る。
核分裂点火部の例示的実施形態および態様を説明する。
ここで図4A〜4Eを参照するが、核分裂点火部110は、搬送アセンブリ120において所望のとおりに搬送され得る。搬送アセンブリ120の例示的実施形態は、搬送用の、例えば1つ以上の核分裂爆燃波炉100への搬送用の、任意の種類の核分裂点火部110を1つ以上受け入れるように構成されている。簡単のために、半球状核分裂点火部を収容するための形状を有するものとしてのみ、搬送アセンブリ120を説明している。しかし、搬送アセンブリ120は、搬送される核分裂点火部110のいかなる形状も収容することが望まれる場合に、いかなる形状を有してもよいことは理解できるであろう。したがって、搬送アセンブリ120の形状は、いかなる状態にも限定されるものではない。搬送アセンブリ120の例示的な実施形態を以下に説明する。
ここで図5A〜5Eを参照するが、いくつかの実施形態では、核分裂点火部110は、既に中性子媒介核分裂を経た(本明細書では、既に「燃焼」した、と表現する)少なくともいくつかの成分を含む核分裂燃料を含んでもよい。ある出力で運転された後の一定期間、核分裂点火部110が、既に燃焼された少なくともいくつかの成分を含む核分裂燃料を含んでいる場合、核分裂点火部110は、崩壊熱を生成する。核分裂点火部110の核分裂燃料に対して行われる出力運転が停止されてからどのくらいの期間が経過したかに応じて、核分裂点火部110の搬送の間、核分裂点火部110からの崩壊熱を除去することが望ましい。このため、核分裂点火部110の搬送中の例示的な崩壊熱除去を以下に説明する。
核分裂点火部110の実施形態と関連する例示的方法をここで説明する。
Claims (52)
- 核分裂爆燃波炉において核分裂爆燃波を誘起するための核分裂点火部であって、
上記核分裂点火部は、
物質を、上記核分裂点火部に加えるまたは上記核分裂点火部から除去するためのポートを備え、
中性子吸収物質と、濃縮された核分裂性同位体である核分裂燃料の一部分とを含み、
上記核分裂点火部が上記核分裂爆燃波炉の外側にある場合には、核燃料の上記一部分は、ハウジング体により規定されたキャビティに、臨界質量形態を避けるように受け入れられることにより、1よりも小さいkeffectiveを維持し、
上記核分裂点火部が上記核分裂爆燃波炉に搭載されている場合には、核燃料の上記一部分は、上記ポートによって上記核分裂点火部から上記中性子吸収物質を除去することにより、少なくとも1のkeffectiveを確立するように構成されている、核分裂点火部。 - 上記核燃料は核分裂性物質を含む、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂性物質は233U、235U、および239Puから選択される核分裂性物質を含む、請求項2に記載の核分裂点火部。
- 上記核燃料は核分裂性に転換可能な物質をさらに含む、請求項2に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂性に転換可能な物質は238Uおよび232Thから選択される核分裂性に転換可能な物質を含む、請求項4に記載の核分裂点火部。
- 核分裂燃料の上記一部分は球体、少なくとも1つの半球体、円柱および直方体から選択される形状である、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 核分裂燃料の上記一部分は核分裂誘起中性子のための実質的に1以上の平均自由行路の少なくとも1つの相を有する、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 核分裂燃料の上記一部分は核分裂誘起中性子のための1より少ない平均自由行路の少なくとも1つの相を有する、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 核分裂燃料の上記一部分は外側面における複数の流路を規定し、上記複数の流路は核分裂爆燃波炉炉心における複数の冷却材流路と結合するように構成されている、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂点火部が核分裂爆燃波炉の外側にある場合には、上記核分裂燃料の周りに配置される核遮蔽物質をさらに含む、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 中性子吸収物質をさらに含む、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子吸収物質は除去可能である、請求項11に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子吸収物質は10Bおよび6Liから選択される中性子吸収体を含む、請求項11に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子吸収物質は核分裂燃料の上記一部分に配置されている、請求項11に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子吸収物質は核分裂燃料の上記一部分の外部周辺に配置されている、請求項11に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂点火部は中性子減速物質を受け入れるように構成されている、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 中性子減速物質をさらに含む、請求項16に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子減速物質は重水、炭素および7Liから選択される中性子減速材を含む、請求項17に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂点火部は中性子反射物質を受け入れるように構成されている、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 中性子反射物質をさらに含む、請求項19に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子反射物質はグラファイトおよびベリリウムから選択される中性子反射体を含む、請求項20に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂点火部は中性子増殖性物質を受け入れるように構成されている、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 中性子増殖性物質をさらに含む、請求項22に記載の核分裂点火部。
- 上記中性子増殖性物質は9Beおよびベリライドから選択される中性子増殖体を含む、請求項23に記載の核分裂点火部。
- 上記核分裂燃料の濃度が空間的に変化している、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 核分裂燃料の上記一部分は外側面における少なくとも1つの流路を規定する、請求項1に記載の核分裂点火部。
- 核分裂爆燃波を伝搬させるように構成されている第1核分裂燃料と、
上記第1核分裂燃料に受け入れられる少なくとも1つの核分裂点火部とを含み、
上記少なくとも1つの核分裂点火部は、
物質を、上記少なくとも1つの核分裂点火部に加えるまたは上記少なくとも1つの核分裂点火部から除去するためのポートを備え、
中性子吸収物質と、濃縮された核分裂性同位体である第2核分裂燃料の一部分とを含み、
上記第2核分裂燃料の一部分は、
ハウジング体により規定されたキャビティに、臨界質量形態を避けるように受け入れられることにより、1よりも小さいkeffectiveを維持し、
上記ポートによって上記少なくとも1つの核分裂点火部から上記中性子吸収物質を除去することにより、少なくとも1のkeffectiveを確立するように構成されている、核分裂爆燃波核分裂炉炉心。 - 複数の冷却材流路をさらに含む、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記少なくとも1つの核分裂点火部は、上記複数の冷却材流路と結合する外側面における複数の流路を規定する、請求項28に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記第1核燃料は核分裂性に転換可能な物質を含む、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記核分裂性に転換可能な物質は238Uおよび232Thから選択される核分裂性に転換可能な物質を含む、請求項30に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記第1核燃料は分裂性物質をさらに含む、請求項30に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記分裂性物質は233U、235Uおよび239Puから選択される分裂性物質を含む、請求項32に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記第2核燃料は分裂性物質を含む、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記分裂性物質は233U、235Uおよび239Puから選択される分裂性物質を含む、請求項34に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記第2核燃料は核分裂性に転換可能な物質をさらに含む、請求項34に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記核分裂性に転換可能な物質は238Uおよび232Thから選択される核分裂性に転換可能な物質を含む、請求項36に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記第1核分裂燃料は分裂性物質を第1濃度で含んでおり、
上記第2核分裂燃料は分裂性物質の上記第1濃度よりも高い第2濃度で分裂性物質を含んでいる、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。 - 上記第1核分裂燃料の濃度は空間的に変化している、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記第2核分裂燃料の濃度は空間的に変化している、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記少なくとも1つの核分裂点火部は分裂誘起中性子のための実質的に1以上の平均自由行路の少なくとも1つの相を有する、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記少なくとも1つの核分裂点火部は分裂誘起中性子のための1より少ない平均自由行路の少なくとも1つの相を有する、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記少なくとも1つの核分裂点火部は中性子吸収物質を該核分裂点火部から除去するように構成されている、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記中性子吸収物質は10Bおよび6Liから選択される中性子吸収体を含む、請求項43に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記中性子吸収物質は第2核分裂燃料の上記一部分の内部から取り外し可能である、請求項43に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記中性子吸収物質は第2核分裂燃料の上記一部分の外部から取り外し可能である、請求項43に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 中性子減速物質をさらに含む、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記中性子減速物質は重水、炭素および7Liから選択される中性子減速体を含む、請求項47に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 中性子反射物質をさらに含む、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記中性子反射物質はグラファイトおよびベリリウムから選択される中性子反射体を含む、請求項49に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 中性子増殖性物質をさらに含む、請求項27に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
- 上記中性子増殖性物質は9Beおよびベリリウムから選択される中性子増殖体を含む、請求項51に記載の核分裂爆燃波核分裂炉炉心。
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