RU2492533C2 - Топливный элемент тепловой трубы на основе расщепления ядра - Google Patents

Топливный элемент тепловой трубы на основе расщепления ядра Download PDF

Info

Publication number
RU2492533C2
RU2492533C2 RU2010147880/07A RU2010147880A RU2492533C2 RU 2492533 C2 RU2492533 C2 RU 2492533C2 RU 2010147880/07 A RU2010147880/07 A RU 2010147880/07A RU 2010147880 A RU2010147880 A RU 2010147880A RU 2492533 C2 RU2492533 C2 RU 2492533C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat pipe
cavity
fuel
fission
core
Prior art date
Application number
RU2010147880/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010147880A (ru
Inventor
Чарльз Е. АХЛФЕЛЬД
Джон Роджерс ДЖИЛЛЭНД
Родерик А. Хайд
Мюриэл У. ИШИКАВА
Дэвид Г. МАКАЛИС
Натан П. МИРВОЛЬД
Томас Алан УИВЕР
Чарльз Уитмер
Лоуэлл Л. мл. ВУД
Original Assignee
Сирит ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сирит ЭлЭлСи filed Critical Сирит ЭлЭлСи
Publication of RU2010147880A publication Critical patent/RU2010147880A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2492533C2 publication Critical patent/RU2492533C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G21C15/04—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from fissile or breeder material
    • G21C15/06—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices from fissile or breeder material in fuel elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
    • G21C1/022—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core
    • G21C1/026—Reactors not needing refuelling, i.e. reactors of the type breed-and-burn, e.g. travelling or deflagration wave reactors or seed-blanket reactors
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/044—Fuel elements with porous or capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к тепловыделяющим элементам ядерного реактора. Тепловая труба, полностью или частично размещенная в топливном материале, имеет капиллярную структуру с фитилем, выполненным из тория, молибдена и пр. Топливный материал составляет единое целое с элементом тепловой трубы и находится с ним в тепловом сообщении. Топливный элемент содержит ядерное топливо, ограничивающее полость, капиллярную структуру и рабочую текучую среду внутри полости. При этом топливный элемент может иметь испаритель, конденсатор и адиабатическую секцию. Способ изготовления топливного элемента включает размещение тепловой трубы или ее части в ядерном топливе, при котором ограничивают полость внутри топливного материала и выполняют механическую обработку полости путем штамповки. Технический результат - повышение теплоотвода от топливного элемента. 7 н. и 93 з.п. ф-лы, 33 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ
Настоящая заявка относится к топливным элементам на основе расщепления ядра и относящимся к ним системам, применениям, устройствам и способам.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Иллюстративные варианты выполнения предлагают топливные элементы на основе расщепления ядра и относящиеся к ним системы, применения, устройства и способы. Иллюстративные варианты выполнения и аспекты включают в себя, помимо прочего, топливные элементы на основе расщепления ядра, узлы тепловой трубы, тепловые трубы, способы изготовления топливного элемента на основе расщепления ядра, способы изготовления узла тепловой трубы и т.п.
Вышеизложенная сущность изобретения носит исключительно иллюстративный характер и не ограничивает изобретение. Помимо описанных выше иллюстративных аспектов, вариантов выполнения и признаков, из приложенных чертежей и подробного описания будут очевидны дополнительные аспекты, варианты выполнения и признаки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1A представляет собой схематический вид в аксонометрии иллюстративного топливного элемента на основе расщепления ядра.
Фиг.1В представляет собой схематический вид в аксонометрии деталей топливного элемента на основе расщепления ядра, изображенного на Фиг.1A.
Фиг.2A представляет собой вид сбоку в разрезе иллюстративного топливного элемента на основе расщепления ядра.
Фиг.2В представляет собой схематический вид сбоку в разрезе другого иллюстративного топливного элемента на основе расщепления ядра.
Фиг.2С представляет собой схематический вид сбоку в разрезе другого иллюстративного топливного элемента на основе расщепления ядра.
Фиг.2D представляет собой схематический вид сбоку в разрезе другого иллюстративного топливного элемента на основе расщепления ядра.
Фиг.3A представляет собой схематический вид с торца в разрезе части вариантов выполнения иллюстративных топливных элементов на основе расщепления ядра, показанных на Фиг.2A-2D.
Фиг.3В изображает детали части, представленной на Фиг.3A.
Фиг.4A представляет собой схематический вид сбоку в разрезе иллюстративной тепловой трубы.
Фиг.4В представляет собой схематический вид сбоку в разрезе другой иллюстративной тепловой трубы.
Фиг.4С представляет собой схематический вид сбоку в разрезе еще одной иллюстративной тепловой трубы.
Фиг.4D представляет собой схематический вид сбоку в разрезе другой иллюстративной тепловой трубы.
Фиг.5A представляет собой схематический вид с торца в разрезе части вариантов выполнения иллюстративных тепловых труб, показанных на Фиг.4A-4D.
Фиг.5В изображает детали части, представленной на Фиг.5A.
Фиг.5С представляет собой схематический вид с торца в разрезе части других вариантов выполнения иллюстративных тепловых труб, показанных на Фиг.4A-4D.
Фиг.6 представляет собой схематический вид сбоку в разрезе части других вариантов выполнения иллюстративных тепловых труб, показанных на Фиг.4A-4D.
Фиг.7A представляет собой блок-схему иллюстративного способа изготовления топливного элемента на основе расщепления ядра.
Фиг.7В-7I представляют собой блок-схемы деталей частей блок-схемы, изображенной на Фиг.7A.
Фиг.8A представляет собой блок-схему иллюстративного способа изготовления узла тепловой трубы.
Фиг.8В-8Н представляют собой блок-схемы деталей частей блок-схемы, изображенной на Фиг.8A.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В последующем подробном описании ссылка делается на приложенные чертежи, которые являются частью этого описания. На чертежах одинаковые символы, как правило, обозначают одинаковые элементы, если не оговорено иное. Описанные в подробном описании, на чертежах и в формуле изобретения иллюстративные вариантов выполнения не являются ограничивающими. Кроме того, могут использоваться другие варианты выполнения изобретения и другие модификации, что не является отклонением от сущности и объема изобретения.
Предлагаются иллюстративные варианты выполнения топливных элементов на основе расщепления ядра и относящиеся к ним системы, применения, устройства и способы. Иллюстративные варианты выполнения и аспекты изобретения включают, в том числе, и без ограничения, топливные элементы на основе расщепления ядра, узлы тепловых труб, тепловые трубы, способы изготовления топливного элемента на основе расщепления ядра, способы изготовления узла тепловой трубы и т.п.
Опять таки путем иллюстрации и путем приведения неограничивающих примеров, некоторые варианты выполнения предлагают топливные элементы на основе расщепления ядра, содержащие размещенную в них по меньшей мере одну тепловую трубу, тогда как другие варианты выполнения могут представлять собой тепловые трубы с размещенным в них топливным элементом на основе расщепления ядра.
Опять таки путем иллюстрации и со ссылкой на Фиг.1A, в качестве иллюстрации, а не ограничения, будет описан иллюстративный топливный элемент 10 на основе расщепления ядра. Иллюстративный топливного элемент 10 на основе расщепления ядра подходящим образом содержит топливный материал 12 на основе расщепления ядра. По меньшей мере часть 14 (показана пунктиром) тепловой трубы 16 расположена внутри топливного материала 12 на основе расщепления ядра.
Ограничений относительно топливного материала 12 на основе расщепления ядра не имеется. Поэтому топливный материал 12 на основе расщепления ядра может быть топливным материалом на основе расщепления ядра любого типа, использующимся для конкретного применения. Топливный материал 12 на основе расщепления ядра может быть выполнен в форме металла, соединения, сплава или их комбинации. Топливный материал 12 на основе расщепления ядра может использоваться в ядерных реакторах любого типа с любым спектром нейтронов. Например, в некоторых вариантах выполнения топливный материал 12 на основе расщепления ядра может использоваться в ядерных реакторах со спектром тепловых нейтронов. В других вариантах выполнения топливный материал 12 на основе расщепления ядра может использоваться в ядерных реакторах со спектром быстрых нейтронов.
Кроме того, в некоторых вариантах выполнения топливный материал 12 на основе расщепления ядра может использоваться в реакторах-размножителях, включая, помимо прочего, реакторы-размножители на быстрых нейтронах, аналогичных реактору-размножителю на быстрых нейтронах, работающему в режиме дефлаграционной волны. Реактор-размножитель на быстрых нейтронах, работающий в режиме дефлаграционной волны, описан в заявке на патент США №11/605943 под названием: "Автоматизированный ядерный реактор для длительной эксплуатации", поданной 28 ноября 2006 на имя Родерика А. Хайда, Мюриэла Е. Ишикава, Натана П. Мирволда и Лоуэлла Л. Вуда младшего. Данная заявка является одновременно рассматриваемой заявкой или заявкой, имеющей приоритетное право по дате подачи заявки, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. С этой целью в некоторых вариантах выполнения топливный материал 12 на основе расщепления ядра может содержать ядерное топливо и/или ядерное топливное сырье. В таких случаях ядерное топливо может содержать один или более элементов 233U, 235U и/или 239Pu, а ядерное топливное сырье может содержать один или несколько элементов из 232Th и/или 238U.
Кроме того, не существует ограничений относительно геометрического расположения топливного элемента 10 на основе расщепления ядра. Показанная на чертежах геометрическая конфигурация используется только для иллюстрации. Не существует никаких ограничений и выводов относительно любой конкретной геометрической конфигурации топливного элемента 10 на основе расщепления ядра.
Как видно из Фиг.1В, в некоторых вариантах выполнения полость 18 может быть ограничена топливным материалом 12 на основе расщепления ядра. В некоторых вариантах выполнения полость 18 может быть каналом, который ограничен по меньшей мере одной частью 14 топливного материала 12 на основе расщепления ядра. Таким образом, поверхность 20 полости 18 в некоторых вариантах выполнения может быть стенкой участка 14 (Фиг.1A) тепловой трубы 16 (Фиг.1A). Полость 18 может быть ограничена любым соответствующим способом. Например, в некоторых вариантах выполнения изобретения полость 18 может быть получена путем выполнения механической обработки топливного материала 12 на основе расщепления ядра, например, сверлением, фрезерованием, штамповкой и т.д. В других вариантах выполнения полость 18 может быть получена путем формирования по меньшей мере одного участка 22 топливного материала 12 на основе расщепления ядра вокруг формы, такой как, помимо прочего, оправки (не показана). Формирование может быть выполнено любым способом, включая, помимо прочего, сварку, отливку, гальванизацию, прессование, литье и т.д.
Как видно из Фиг.2A-2D, стенка 24 тепловой трубы 16 проходит из полости 18 в топливный материал 12 на основе расщепления ядра, являясь, тем самым, по существу удлинением рабочей поверхности 20. Таким образом, полость 18 может считаться герметично закрытой. Стенка 24 может быть изготовлена из любого подходящего для высокотемпературной эксплуатации материала и/или, если требуется, для эксплуатации в условиях потока нейтронов. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения стенка 24 может быть изготовлена из любого одного или нескольких материалов, таких как сталь, ниобий, ванадий, титан, огнеупорный металл и/или огнеупорный сплав. Как видно из неограничивающих примеров, в некоторых вариантах выполнения в качестве огнеупорного металла может использоваться ниобий, тантал, вольфрам, гафний, рений или молибден. Не ограничивающие примеры огнеупорных сплавов включают в себя сплавы рения с танталом, описанные в патенте США №6902809, сплав тантала Т-111, ПЗМ молибденового сплава, сплав вольфрама МТ-185 или сплав ниобия Nb-1Zr.
Капиллярная структура 26 тепловой трубы 16 ограничена в пределах по меньшей мере одного участка полости 18. Таким образом, рабочая поверхность 20 является стенкой, ограничивающей часть капиллярной структуры 26. В некоторых вариантах выполнения изобретения капиллярная структура 26, ограниченная стенкой 24, может находиться внутри тепловой трубы 16, находящейся за пределами топливного материала 12 на основе расщепления ядра. В других вариантах выполнения изобретения в качестве капиллярной структуры может использоваться фитиль. Фитиль может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, из тория, молибдена, вольфрама, стали, тантала, циркония, углерода и огнеупорного металла.
Как видно из Фиг.3A и 3В, в некоторых вариантах выполнения изобретения капиллярная структура 26 может представлять собой продольные канавки 28. Канавки 28 разделены зубцами 30. В некоторых вариантах выполнения в канавках 28 могут быть предусмотрены дополнительные канавки 32. Канавки 32 могут отделяться друг от друга двумя зубцами 34 или одним зубцом 30 и одним зубцом 34. Канавки 28 и 32 могут быть ограничены любым требуемым способом, как, например, и без ограничения, механической обработкой, травлением, отливкой, штамповкой и т.п.
Со ссылкой на Фиг.2A-2D и на Фиг.3В внутри тепловой трубы 16 предусмотрена рабочая текучая среда 36 (Фиг.3В). Рабочая текучая среда 36 выполнена с возможностью испарения и конденсации. Как видно из неограничивающих примеров, рабочая текучая среда 36 может включать любую удовлетворяющую требованиям рабочую текучую среду, в том числе 7Li, натрий, калий и тому подобное.
Как видно из Фиг.2A-2D, тепловая труба 16 содержит испаритель 38 и конденсатор 40. Как показано на Фиг.2A и 2С, в некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения испаритель 38 может быть размещен полностью или большей частью в топливном материале 12 на основе расщепления ядра. Однако следует учитывать, что испаритель 38 не обязательно должен быть размещен полностью или большей частью в топливном материале 12 на основе расщепления ядра. Для этого в некоторых других вариантах выполнения, как показано на Фиг.2В и 2D, по меньшей мере одна часть испарителя 38 размещена не в топливном материале 12 на основе расщепления ядра. Как показано на Фиг.2A-2D, в некоторых вариантах выполнения конденсатор 40 может быть полностью размещен снаружи топливного материала 12 на основе расщепления ядра. Однако в некоторых других вариантах выполнения настоящего изобретения (не показаны) одна часть конденсатора 40 может быть размещена в топливном материале 12 на основе расщепления ядра и по меньшей одна часть конденсатора 40 может быть размещена не в топливном материале 12 на основе расщепления ядра.
Как видно из Фиг.2С и 2D, в некоторых вариантах выполнения тепловая труба 16 может содержать адиабатическую секцию 42. Как показано на Фиг.2С и 2D, в некоторых вариантах выполнения адиабатическая секция 42 может быть полностью расположена снаружи топливного материала 12 на основе расщепления ядра. Однако в других вариантах выполнения настоящего изобретения (не показаны) одна часть адиабатической секции 42 может быть размещена в топливном материале 12 на основе расщепления ядра и по меньшей одна часть адиабатической секции 42 может быть размещена не в топливном материале 12 на основе расщепления ядра.
Как видно из Фиг.2A-2D, тепло, выделяемое топливным материалом 12 на основе расщепления ядра, передается испарителю 40, как показано стрелками 44. В испарителе 38 рабочая текучая среда 36 испаряется, как показано стрелками 46, претерпевая фазовый переход из жидкой фазы в газообразную. Рабочая текучая среда 36 в газообразной форме движется по тепловой трубе 16, как показано стрелками 48, от использующегося (в некоторых вариантах выполнения) испарителя 38 через адиабатическую секцию 42 (Фиг.2С и 2D) к конденсатору 40. В конденсаторе 40 тепло от рабочей текучей среды 36 передается наружу из тепловой трубы 16, как показано стрелками 50. В конденсаторе 40 рабочая текучая среда 36 конденсируется, как показано стрелками 52, претерпевая фазовый переход из газообразной фазы в жидкую. По капиллярной структуре 26 капиллярным способом рабочая текучая среда 36 в жидкой форме возвращается из конденсатора 40 в испаритель 38, как показано стрелками 54. При необходимости в некоторых вариантах выполнения рабочая текучая среда 36 в жидкой форме возвращается из конденсатора 40 через адиабатическую секцию 42 (Фиг.2С и 2D) в испаритель 38.
Как видно из Фиг.1A, 1В и 2A-2D, следует понимать, что в некоторых вариантах выполнения показанный на Фиг.1A, 1В и 2A-2D узел может представлять собой узел тепловой трубы, который содержит тепловую трубу 16 и топливный материал 12 на основе расщепления ядра. Как следует из вышеописанного, топливный материал 12 на основе расщепления ядра составляет единое целое с тепловой трубой 16 и находится в тепловом сообщении с тепловой трубой 16. Таким образом, топливный материал 12 на основе расщепления ядра ограничивает полость 18, причем по меньшей мере одна часть 14 тепловой трубы 16 расположена в полости 18.
Как видно из Фиг.4A-4D, в некоторых других вариантах выполнения изобретения узел 60 тепловой трубы содержит элемент 62 тепловой трубы.
Элемент 62 тепловой трубы содержит стенку 63. Из последующего описания будет ясно, что топливный материал 64 на основе расщепления ядра является неотъемлемым компонентом элемента 62 тепловой трубы и находится в тепловом сообщении с элементом 62 тепловой трубы. Топливный материал 64 на основе расщепления ядра соответствующим образом аналогичен топливному материалу 12 на основе расщепления ядра (Фиг.1A, 1В и 2A-2D), описанному выше, и не требуется его повторное описание.
Варианты выполнения узла 60 тепловой трубы имеют некоторые признаки, сходные с признаками топливного элемента 10 на основе расщепления ядра (Фиг.1A, 1В, 2A-2D, 3A и 3В). Одинаковые номера позиций служат для обозначения общих признаков, при этом для понимания изобретения не требуется повторное подробное описание.
Тепловая труба 62 ограничивает полость 66. Поверхность 65 стенки 63 ограничивает поверхность полости 66. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения топливный материал 64 на основе расщепления ядра расположен внутри по меньшей мере одной части полости 66. Как видно, например, из Фиг.5A и 5В, в некоторых вариантах выполнения изобретения топливный материал 64 на основе расщепления ядра может быть расположен в капиллярной структуре 26.
Однако следует понимать, что топливный материал 64 на основе расщепления ядра не обязательно должен быть размещен в капиллярной структуре 26, при этом его можно разместить в любом месте внутри полости 66. В качестве другого иллюстративного неограничивающего примера, показанного на Фиг.5, в некоторых вариантах выполнения изобретения топливный материал 64 на основе расщепления ядра может быть размещен в полости 64 на одном или нескольких опорных элементах 67, удерживающих топливный материал 64 на основе расщепления ядра на месте. Вокруг внешней поверхности топливного материала 64 на основе расщепления ядра размещена дополнительная капиллярная структура 26A. По меньшей мере один из опорных элементов 67 может представлять собой конструкцию для перемещения жидкой среды, например, канал, капиллярную структуру и т.п., способную перемещать рабочую текучую среду в жидкой фазе капиллярным способом между расположенной вокруг топливного материала 64 на основе расщепления ядра капиллярной структурой 26A и капиллярной структурой 26, расположенной вокруг полости 66.
Элемент 62 тепловой трубы содержит испаритель 38 и конденсатор 40. Как видно из Фиг.4A и 4С, в некоторых вариантах выполнения топливный материал 64 на основе расщепления ядра может быть полностью или большей частью размещен в испарителе 38. Однако следует понимать, что топливный материал 64 на основе расщепления ядра не обязательно должен быть полностью или большей частью размещен в испарителе 38. Для этого, как показано на Фиг.4В и 4D, в некоторых вариантах выполнения по меньшей мере одна часть топливного материала 64 на основе расщепления ядра размещена не в испарителе 38.
В некоторых вариантах выполнения изобретения посредством неограничивающего примера показано, что топливный материал 64 на основе расщепления ядра может иметь капиллярную структуру. При необходимости в других вариантах выполнения изобретения топливный материал 64 на основе расщепления ядра может иметь микроструктуру спеченного порошка, вспененную микроструктуру, микроструктуру с высокой плотностью и т.п.
Элемент 62 тепловой трубы содержит капиллярную структуру 26. В некоторых вариантах выполнения капиллярная структура 26 может содержать канавки 28, ограниченные между зубцами 30 на поверхности 65, как описано выше. В других вариантах выполнения, как видно из приведенного выше описания, капиллярная структура 26 может содержать канавки 32, выполненные между зубцами 30 и 34 на поверхности 65. Как описано выше, в некоторых других вариантах выполнения изобретения капиллярная структура может содержать фитиль.
Как описано выше, узел 60 тепловой трубы содержит рабочую текучую среду 36. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения изобретения элемент 62 тепловой трубы может содержать адиабатическую секцию 42 (Фиг.4С и 4D).
Как видно из Фиг.4A-4D, тепло, выделяемое топливным материалом 64 на основе расщепления ядра, передается к испарителю 40. В испарителе 38 рабочая текучая среда 36 испаряется, как показано стрелками 46, претерпевая фазовый переход из жидкой фазы в газообразную. Рабочая текучая среда 36 в газообразной форме движется по элементу 62 тепловой трубы, как показано стрелками 48, от использующегося (в некоторых вариантах выполнения) испарителя 38 через адиабатическую секцию 42 (Фиг.2С и 2D) к конденсатору 40. В конденсаторе 40 тепло от рабочей текучей среды 36 передается наружу из элемента 62 тепловой трубы, как показано стрелками 50. В конденсаторе 40 рабочая текучая среда 36 конденсируется, как показано стрелками 52, претерпевая фазовый переход из газообразной фазы в жидкую. По капиллярной структуре 26 капиллярным способом рабочая текучая среда 36 в жидкой форме возвращается из конденсатора 40 в испаритель 38, как показано стрелками 54. При необходимости в некоторых вариантах выполнения рабочая текучая среда 36 в жидкой форме возвращается из конденсатора 40 через адиабатическую секцию 42 (Фиг.2С и 2D) в испаритель 38.
Кроме того, как видно из Фиг.6, в некоторых других вариантах выполнения в элементе 62A тепловой трубы имеется стенка 63A, которая содержит по меньшей мере один слой конструкционного материала 68 и по меньшей мере один слой топливного материала 64A на основе расщепления ядра. По существу, топливный материал 64A на основе расщепления ядра может быть размещен снаружи полости 66. Для краткости и ясности показан только один слой топливного материала 64A на основе расщепления ядра и один слой конструкционного материала 68. Однако следует понимать, что в некоторых вариантах выполнения допускается любое количество слоев топливного материала 64A на основе расщепления ядра и любое количество слоев конструкционного материала 68, Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения конструкционный материал 68 может содержать один или несколько таких материалов, как сталь, ниобий, ванадий, титан, огнеупорный металл и/или огнеупорный сплав. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения огнеупорный металл может быть ниобием, танталом, вольфрамом, гафнием, рением, или молибденом. Неограничивающие примеры огнеупорных сплавов включают сплавы рения с танталом, описанные в патенте США №6902809, сплав тантала Т-111, ПЗМ молибденового сплава, сплав вольфрама МТ-185 или сплав ниобия Nb-1Zr.
В некоторых вариантах выполнения слой топливного материала 64A на основе расщепления ядра может быть полностью или большей частью размещен в испарителе 38. Однако в других вариантах выполнения (не показаны) один или несколько слоев топливного материала 64A на основе расщепления ядра может быть размещен по меньшей мере в одной части адиабатической секции (если таковая имеется) и/или в конденсаторе.
Теперь, после обсуждения иллюстративных вариантов выполнения топливных элементов на основе расщепления ядра и тепловых труб, будут описаны связанные с ними иллюстративные способы.
Приведенный ниже ряд блок-схем описывает выполнение технологических процессов. Для лучшего понимания все блок-схемы сгруппированы так, что первые блок-схемы представляют варианты реализации изобретения в общем виде, а последующие блок-схемы либо представляют альтернативные варианты реализации, либо детализируют "общие" блок-схемы, а также подэтапы или дополнительные этапы на примере одной блок-схемы или на примере ранее представленных блок-схем. Специалистам должно быть понятно, что используемая в документе манера изложения (начиная с определения блок-схем общего вида и дальнейшего предоставления дополнительных сведений и/или дополнительной информации в последующих блок-схемах) облегчает понимание способа реализации изобретения. Кроме того, специалистам должно быть понятно, что используемая в документе манера изложения хорошо согласуется с концепцией модульного проектирования.
Как видно из Фиг.7A, для изготовления топливного элемента на основе расщепления ядра предлагается иллюстративный способ 80. Способ 80 начинают выполнять с этапа 82. На этапе 84 обеспечивают наличие топливного материала на основе расщепления ядра. На этапе 86 внутри топливного материала на основе расщепления ядра размещают по меньшей мере одну часть по меньшей мере одной тепловой трубы. Выполнение способа заканчивают на этапе 88.
Как видно из Фиг.7В, в некоторых вариантах выполнения размещение на этапе 86 в топливном материале на основе расщепления ядра по меньшей мере одной части по меньшей мере одной тепловой трубы может включать дополнительные технологические процессы. Например, на этапе 90 полость может быть ограничена внутри по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра. На этапе 92 капиллярная структура может быть размещена внутри по меньшей мере одной части полости. Кроме того, на этапе 94 рабочая текучая среда может быть размещена внутри полости.
Как видно из Фиг.7С, в некоторых вариантах выполнения при ограничении на этапе 90 полости внутри по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра можно осуществлять механическую обработку полости на этапе 96. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения механическая обработка полости в этапе 96 может быть выполнена сверлением, фрезерованием, штамповкой и т.п.
Как видно из Фиг.7D, в других вариантах выполнения при ограничении на этапе 90 полости внутри по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра можно осуществлять формирование, на этапе 98, по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра вокруг формы, такой как, без ограничения, оправки. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения формирование может быть выполнено сваркой, отливкой, гальванизацией, прессованием, литьем и т.д.
Как видно из Фиг.7Е, в некоторых вариантах выполнения при размещении на этапе 92 капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части можно ограничить, на этапе 100, множество канавок на поверхности полости. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения ограничение множества канавок на поверхности полости на этапе 100 может быть выполнено любым способом, например, обтачиванием, травлением, отливкой, штамповкой и т.п.
Как видно из Фиг.7F, в других вариантах выполнения при размещении на этапе 92 капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости можно разместить, на этапе 102, фитиль внутри по меньшей мере одной части полости.
Как видно из Фиг.7G, в некоторых вариантах выполнения до размещения на этапе 86 по меньшей мере одной части по меньшей мере одной тепловой трубы в топливном материале на основе расщепления ядра, можно, на этапе 104, исходя из значения заранее заданных свойств выработки электроэнергии топливного элемента на основе расщепления ядра, определить размер полости. В одном иллюстративном варианте выполнения площадь поперечного сечения полости может быть выбрана путем деления значения заранее заданных свойств выработки электроэнергии топливного элемента на основе расщепления ядра на указанную величину аксиального теплового потока рабочей текучей среды.
Как видно из Фиг.7Н, в некоторых вариантах выполнения до размещения на этапе 86 по меньшей мере одной части по меньшей мере одной тепловой трубы в топливном материале на основе расщепления ядра можно определить, на этапе 106, размер полости, исходя из значения заранее заданных теплофизических свойств рабочей текучей среды. В одном примере площадь поперечного сечения полости может быть выбрана такой, чтобы получить требуемую способность переноса тепла от рабочей текучей среды тепловой трубы. В некоторых вариантах выполнения при указанном выборе принимают во внимание рабочую плотность пара рабочей текучей среды, скрытую теплоту ее парообразования, требуемую скорость потока или число Маха. В другом примере поперечный размер полости может быть выбран таким, чтобы обеспечить для потока пара требуемое число Рейнольдса.
Как видно из Фиг.7I, в некоторых других вариантах выполнения до размещения на этапе 86 по меньшей мере одной части по меньшей мере одной тепловой трубы в топливном материале на основе расщепления ядра можно определить, на этапе 108, размер полости, исходя из расположенных там летучих продуктов деления ядер. В одном примере объем полости может быть выбран, исходя из давления, возникающего при нормированном количестве газообразных продуктов деления ядер. В другом примере объем полости может быть выбран, исходя из влияния силы инерции нормированного количества газообразных продуктов деления ядер внутри объема на теплофизические свойства тепловой трубы.
Как видно из Фиг.8A, представлен иллюстративный способ 110 для изготовления узла тепловой трубы. Способ 110 начинают на этапе 112. На этапе 114 обеспечивают наличие элемента тепловой трубы. На этапе 116 топливный материал на основе расщепления ядра размещают в виде единого целого с тепловой трубой и в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы. Способ 110 заканчивают на этапе 118.
Как видно из Фиг.8В, в некоторых вариантах выполнения для обеспечения наличия элемента тепловой трубы на этапе 114 может включать дальнейшие технологические процессы. Например, на этапе 120 обеспечивают наличие тела тепловой трубы, имеющей стенку. На этапе 122 полость может быть ограничена по меньшей мере одной частью стенки. Кроме того, на этапе 124 капиллярная структура может быть размещена внутри по меньшей мере одной части полости. На этапе 126 рабочая текучая среда может быть размещена внутри полости.
Как видно из Фиг.8С, в некоторых вариантах выполнения размещение, на этапе 116, топливного материала на основе расщепления ядра в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы может включать размещение, на этапе 128, топливного материала на основе расщепления ядра внутри по меньшей мере одной части стенки.
Как видно из Фиг.8D, в некоторых других вариантах выполнения размещение топливного материала на основе расщепления ядра в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы на этапе 116 может включать размещение, на этапе 130, топливного материала на основе расщепления ядра внутри по меньшей мере одной части полости.
Как видно из Фиг.8Е, в некоторых вариантах выполнения ограничение полости внутри стенки на этапе 132 может включать механическую обработку полости. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения механическая обработка полости на этапе 132 может быть выполнена сверлением, фрезерованием, штамповкой и т.п.
Как видно из Фиг.8F, в некоторых других вариантах выполнения ограничение полости внутри по меньшей мере одной части стенки на этапе 132 может включать формирование, на этапе 134, указанной по меньшей мере одной части стенки вокруг формы, включая, в том числе, оправку. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения формирование может быть выполнено сваркой, отливкой, гальванизацией, прессованием, литьем и т.п.
Как видно из Фиг.8G, в некоторых вариантах выполнения размещение, на этапе 124, капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости может включать ограничение канавок на поверхности полости на этапе 136. Как видно из неограничивающего примера, в некоторых вариантах выполнения ограничение канавок на поверхности полости на этапе 136 может быть выполнено механической обработкой, травлением, отливкой, штамповкой и т.п.
Как видно из Фиг.8Н, в некоторых других вариантах выполнения размещение капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости на этапе 124 может включать размещение, на этапе 138, фитиля внутри по меньшей мере одной части полости.
Специалистам должно быть понятно, что описанные в данном документе элементы (например, этапы), устройства, объекты, а также пояснения к ним, используются для концептуальной ясности, и что различные схемы модификаций также должны быть понятны специалистам. Следовательно, используемые в данном документе конкретные примеры и пояснения к ним являются лишь примерами более общих категорий. Как правило, используемые в данном документе конкретные примеры предназначены для более общей категории, при этом не внесение таких конкретных элементов (например, этапов), устройств и объектов не следует воспринимать как необходимое ограничение.
Используемые в данном документе термины во множественном числе и/или в единственном числе специалисты могут переводить из формы множественного числа в форму единственного числа и/или обратно в зависимости от контекста и/или заявки. Различные формы сочетаний единственного/множественного числа не излагаются в явном виде в данном документе в целях ясности.
Несмотря на то, что в данном документе были показаны и описаны отдельные аспекты объекта изобретения, специалистам должно быть ясно, что на основании вышеизложенного могут быть произведены изменения и усовершенствования, не затрагивающие объекта изобретения и его более широких аспектов. Поэтому, считается, что прилагаемые пункты формулы изобретения включают все изменения и усовершенствования в пределах сущности и объема описанного в данном документе изобретения. Кроме того, должно быть понятно, что изобретение ограничено приложенной формулой изобретения. Специалистам должно быть ясно, что используемые в данном документе и в приложенной формуле изобретения термины (например, в ограничительной части приложенной формулы изобретения) следует понимать как "открытые" термины (например, термин "включающий" следует понимать как "включающий, но не ограниченный этим", термин "имеющий" следует понимать как "имеющий по меньшей мере", термин "включает" следует понимать как "включает, но не ограничивается этим" и т.д.). Специалистам должно быть понятно, что, если предлагается перечисление определенного числа пунктов формулы изобретения, то фактически это число пунктов будет перечислено в формуле изобретения, а отсутствие перечисления пунктов указывает на то, что такое намерение отсутствует. Например, в приложенных пунктах формулы изобретения могут использоваться вводные фразы "по меньшей мере один" и "один или несколько". Тем не менее, использование подобных выражений не следует толковать таким образом, что введение пунктов формулы изобретения с употреблением неопределенных артиклей ограничивает отдельные пункты формулы изобретения, состоящей из одного вводного пункта, даже если этот пункт формулы изобретения включает такие вводные фразы, как "один или несколько" или "по меньшей мере один", при этом неопределенные артикли следует понимать, как "по меньшей мере один" или "один или несколько"; то же самое касается использования определенных артиклей для представления пунктов формулы изобретения. Кроме того, даже при указании конкретного номера пункта формулы изобретения специалистам должно быть ясно, что данный пункт формулы изобретения следует понимать, как по меньшей мере перечисленный пункт (например, открытый пункт "двух пунктов"; не считая других модификаций, обычно означает по меньшей мере два пункта или два или более двух пунктов). Кроме того, в подобных примерах с выражениями, аналогичными выражениям "по меньшей мере один из A, В и С и т.д.", подразумевается, что специалистам понятно это выражение (например, "система, имеющая по меньшей мере один из A, В и С" будет включать, но не ограничиваться системами, имеющими отдельный A, отдельный В, отдельный С, A и В вместе взятые, A и С вместе взятые, В и С вместе взятые и/или A, В и С вместе взятые и т.д.). При использовании аналогичного пункта к "по меньшей мере одному из A, В или С, и т.д.", имеется в виду, что специалистам ясно, что пункт (например, "система, имеющая по меньшей мере один из A, В или С") включает, но не ограничивается системами, имеющими один A, один В, один С, A и В вместе взятые, A и С вместе взятые, В и С вместе взятые и/или A, В и С вместе взятые и т.д. Специалистам должно быть понятно, что практически любое альтернативное слово и/или фраза, представляющие два или более двух альтернативных выражений в описании, формуле изобретения или на чертежах, следует понимать, как возможность включения одного из выражений, любого из (двух) или обоих выражений. Например, фразу "A или В" следует понимать, как, по возможности "A" или "В" или "A и В".
В отношении приложенной формулы изобретения специалистам должно быть ясно, что перечисленные в ней технологические операции в большинстве случаев могут быть выполнены в любом порядке. Примеры подобного альтернативного порядка могут включать совмещенные, чередующиеся, прерывающиеся, перегруппирующиеся, а также возрастающие, подготовительные, дополнительные, одновременные, противоположные или другие варианты последовательности, если в контексте не указано иное. Что касается контекста, то такие выражения, как "восприимчивый к", "связанный с", и другие определения в прошедшем времени, как правило, не исключают такого варианта, если в контексте не указано иное.
Изложенные в данном документе некоторые аспекты и варианты выполнения, а также другие аспекты и варианты выполнения должны быть понятны специалистам. Раскрытые в данном документе некоторые аспекты и варианты выполнения предназначены для иллюстрации, но не для ограничения в соответстви с целями изобретения, указанными в следующей ниже формуле изобретения.

Claims (100)

1. Топливный элемент на основе расщепления ядра, содержащий:
топливный материал на основе расщепления ядра и по меньшей мере одну тепловую трубу, по меньшей мере одна часть которой размещена в топливном материале на основе расщепления ядра и содержащую капиллярную структуру, имеющую фитиль, выполненный из материала, выбранного из: тория, молибдена, вольфрама, тантала, циркония, углерода и огнеупорного металла.
2. Топливный элемент по п.1, в котором топливный материал на основе расщепления ядра содержит по меньшей мере один продукт, выбранный из ядерного топлива и ядерного топливного сырья.
3. Топливный элемент по п.2, в котором ядерное топливо содержит по меньшей мере одно ядерное топливо, выбранное из: 233U, 235U и 239Pu.
4. Топливный элемент по п.2, в котором ядерное топливное сырье содержит по меньшей мере одно ядерное топливное сырье, выбранное из 232Th и 238U.
5. Топливный элемент по п.1, в котором топливный материал на основе расщепления ядра ограничивает полость в указанном элементе, а капиллярная структура ограничена внутри по меньшей мере одной части полости.
6. Топливный элемент по п.5, в котором полость содержит канал, ограниченный по меньшей мере в одной части топливного материала на основе расщепления ядра.
7. Топливный элемент по п.6, в котором канал содержит стенки, которые, по существу, окружают участок капиллярной структуры.
8. Топливный элемент по п.5, в котором полость, по существу, герметично закрыта.
9. Топливный элемент по п.5, в котором поверхность полости ограничивает канавки, образующие капиллярную структуру.
10. Топливный элемент по п.5, дополнительно содержащий рабочую текучую среду, размещенную внутри полости.
11. Топливный элемент по п.10, в котором рабочая текучая среда выполнена с возможностью испарения и конденсации.
12. Топливный элемент по п.11, в котором рабочая текучая среда содержит текучую среду, выбранную из: 7Li, натрия и калия.
13. Топливный элемент по п.1, в котором тепловая труба содержит испаритель и конденсатор.
14. Топливный элемент по п.13, в котором тепловая труба дополнительно содержит адиабатическую секцию.
15. Топливный элемент по п.13, в котором по меньшей мере одна часть конденсатора расположена не внутри топливного материала на основе расщепления ядра.
16. Топливный элемент по п.13, в котором по меньшей мере одна часть испарителя расположена не внутри топливного материала на основе расщепления ядра.
17. Топливный элемент по п.14, в котором по меньшей мере одна часть адиабатической секции расположена не внутри топливного материала на основе расщепления ядра.
18. Узел тепловой трубы, содержащий: элемент тепловой трубы, содержащий капиллярную структуру, имеющую фитиль, выполненный из материала, выбранного из: тория, молибдена, вольфрама, тантала, циркония, углерода и огнеупорного металла, и топливный материал на основе расщепления ядра, составляющий единое целое с элементом тепловой трубы и находящийся в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы.
19. Узел тепловой трубы по п.18, в котором топливный материал на основе расщепления ядра ограничивает полость, и по меньшей одна часть элемента тепловой трубы размещена внутри полости.
20. Узел тепловой трубы по п.19, в котором полость имеет канал, ограниченный по меньшей мере одной частью топливного материала на основе расщепления ядра.
21. Узел тепловой трубы по п.20, в котором канал имеет стенки, которые, по существу, окружают часть капиллярной структуры.
22. Узел тепловой трубы по п.19, в котором полость, по существу, является герметично закрытой.
23. Узел тепловой трубы по п.18, в котором элемент тепловой трубы ограничивает полость, и топливный материал на основе расщепления ядра размещен внутри по меньшей мере одной части полости.
24. Узел тепловой трубы по п.23, в котором топливный материал на основе расщепления ядра содержит микроструктуру, выбранную из: спеченного порошка, вспененной микроструктуры и микроструктуры с высокой плотностью.
25. Узел тепловой трубы по п.23, в котором топливный материал на основе расщепления ядра содержит капиллярную структуру.
26. Узел тепловой трубы по п.18, в котором капиллярную структуру ограничивает канавки.
27. Узел тепловой трубы по п.18, дополнительно содержащий рабочую текучую среду, размещенную внутри элемента тепловой трубы.
28. Узел тепловой трубы по п.27, в котором рабочая текучая среда выполнена с возможностью испарения и конденсации.
29. Узел тепловой трубы по п.28, в котором рабочая текучая среда содержит текучую среду, выбранную из: 7Li, натрия и калия.
30. Узел тепловой трубы по п.18, в котором элемент тепловой трубы содержит испаритель и конденсатор.
31. Узел тепловой трубы по п.30, в котором элемент тепловой трубы дополнительно содержит адиабатическую секцию.
32. Узел тепловой трубы по п.18, в котором топливный материал на основе расщепления ядра содержит по меньшей мере один продукт, выбранный из: ядерного топлива и ядерного топливного сырья.
33. Узел тепловой трубы по п.32, в котором ядерное топливо содержит по меньшей мере одно ядерное топливо, выбранное из: 233U, 235U и 239Pu.
34. Узел тепловой трубы по п.32, в котором ядерное топливное сырье содержит по меньшей мере одно ядерное топливное сырье, выбранное из 232Th и 238U.
35. Топливный элемент на основе расщепления ядра, содержащий:
топливный материал на основе расщепления ядра, ограничивающий полость, капиллярную структуру, размещенную внутри по меньшей мере одной части полости и содержащую фитиль, выполненный из материала, выбранного из: тория, молибдена, вольфрама, тантала, циркония, углерода и огнеупорного металла, и рабочую текучую среду, размещенную внутри полости.
36. Топливный элемент по п.35, в котором полость имеет канал, ограниченный по меньшей мере одной частью топливного материала на основе расщепления ядра.
37. Топливный элемент по п.36, в котором канал имеет стенки, которые, по существу, окружают часть капиллярной структуры.
38. Топливный элемент по п.35, в котором полость, по существу, герметично закрыта.
39. Топливный элемент по п.35, в котором топливный материал на основе расщепления ядра содержит по меньшей мере один продукт, выбранный из: ядерного топлива и ядерного топливного сырья.
40. Топливный элемент по п.39, в котором ядерное топливо содержит по меньшей мере одно ядерное топливо, выбранное из: 233U, 235U и 239Pu.
41. Топливный элемент по п.39, в котором ядерное топливное сырье содержит по меньшей мере одно ядерное топливное сырье, выбранное из 232Th и 238U.
42. Топливный элемент по п.35, в котором полость ограничивает стенки тепловой трубы.
43. Топливный элемент по п.42, в котором поверхности стенок ограничивают канавки, образующие, в свою очередь, капиллярную структуру.
44. Топливный элемент по п.35, в котором рабочая текучая среда выполнена с возможностью испарения и конденсации.
45. Топливный элемент по п.44, в котором рабочая текучая среда содержит текучую среду, выбранную из: 7Li, натрия и калия.
46. Топливный элемент по п.42, в котором тепловая труба содержит испаритель и конденсатор.
47. Топливный элемент по п.46, в котором тепловая труба дополнительно содержит адиабатическую секцию.
48. Топливный элемент по п.46, в котором по меньшей мере одна часть конденсатора расположена не внутри топливного материала на основе расщепления ядра.
49. Топливный элемент по п.46, в котором по меньшей мере одна часть испарителя расположена не внутри топливного материала на основе расщепления ядра.
50. Топливный элемент по п.47, в котором по меньшей мере одна часть адиабатической секции расположена не внутри топливного материала на основе расщепления ядра.
51. Тепловая труба, содержащая: стенку, ограничивающую полость и содержащую по меньшей мере одну часть топливного материала на основе расщепления ядра, капиллярную структуру, размещенную внутри по меньшей мере одной части полости и содержащую фитиль, выполненный из материала, выбранного из: тория, молибдена, вольфрама, тантала, циркония, углерода и огнеупорного металла, и рабочую текучую среду, размещенную внутри полости.
52. Тепловая труба по п.51, содержащая испаритель и конденсатор.
53. Тепловая труба по п.52, дополнительно содержащая адиабатическую секцию.
54. Тепловая труба по п.52, в которой одна часть стенки, ограничивающая по меньшей мере одну часть конденсатора, не содержит топливный материал на основе расщепления ядра.
55. Тепловая труба по п.52, в которой одна часть стенки, ограничивающая по меньшей мере одну часть испарителя, содержит топливный материал на основе расщепления ядра.
56. Тепловая труба по п.53, в которой одна часть стенки, ограничивающая по меньшей мере одну часть адиабатический секции, не содержит топливный материал на основе расщепления ядра.
57. Тепловая труба по п.51, в которой стенка содержит по меньшей мере один слой, содержащий один слой конструкционного материала, и по меньшей мере один слой, содержащий топливный материал на основе расщепления ядра.
58. Тепловая труба по п.57, в которой конструкционный материал содержит материал, выбранный из: стали, ниобия, ванадия, титана, огнеупорного металла и/или огнеупорного сплава.
59. Тепловая труба по п.51, в которой топливный материал на основе расщепления ядра содержит по меньшей мере один продукт, выбранный из: ядерного топлива и ядерного топливного сырья.
60. Тепловая труба по п.59, в которой ядерное топливо содержит по меньшей мере одно ядерное топливо, выбранное из: 233U, 235U и 239Pu.
61. Тепловая труба по п.59, в которой ядерное топливное сырье содержит по меньшей мере одно ядерное топливное сырье, выбранное из 232Th и 238U.
62. Тепловая труба по п.51, в которой поверхность полости ограничивает канавки, образующие, в свою очередь, капиллярную структуру.
63. Тепловая труба по п.51, в которой рабочая текучая среда выполнена с возможностью испарения и конденсации.
64. Тепловая труба по п.63, в которой рабочая текучая среда содержит текучую среду, выбранную из: 7Li, натрия и калия.
65. Тепловая труба, содержащая: стенку, ограничивающую полость, капиллярную структуру, размещенную внутри по меньшей мере одной части полости и содержащую фитиль, выполненный из материала, выбранного из: тория, молибдена, вольфрама, тантала, циркония, углерода и огнеупорного металла, рабочую текучую среду, размещенную внутри полости, и топливный материал на основе расщепления ядра, размещенный по меньшей мере в одной части полости.
66. Тепловая труба по п.65, в которой тепловая труба содержит испаритель и конденсатор.
67. Тепловая труба по п.66, в которой тепловая труба дополнительно содержит адиабатическую секцию.
68. Тепловая труба по п.66, в которой одна часть полости, ограничивающая по меньшей мере одну часть конденсатора, не содержит топливного материала на основе расщепления ядра.
69. Тепловая труба по п.66, в которой одна часть полости, ограничивающая по меньшей мере одну часть испарителя, содержит топливный материал на основе расщепления ядра.
70. Тепловая труба по п.67, в которой одна часть полости, ограничивающая по меньшей мере одну часть адиабатической секции, не содержит топливного материала на основе расщепления ядра.
71. Тепловая труба по п.65, в которой топливный материал на основе расщепления ядра содержит микроструктуру, выбранную из: спеченного порошка, вспененную микроструктуру и микроструктуру с высокой плотностью.
72. Тепловая труба по п.65, в которой топливный материал на основе расщепления ядра содержит капиллярную структуру.
73. Тепловая труба по п.65, в которой топливный материал на основе расщепления ядра содержит по меньшей мере один продукт, выбранный из: ядерного топлива и ядерного топливного сырья.
74. Тепловая труба по п.73, в которой ядерное топливо содержит по меньшей мере одно ядерное топливо, выбранное из: 233U, 235U и 239Рu.
75. Тепловая труба по п.73, в которой ядерное топливное сырье содержит по меньшей мере одно ядерное топливное сырье, выбранное из 232Th и 238U.
76. Тепловая труба по п.65, в которой поверхность полости ограничивает канавки, образующие, в свою очередь, капиллярную структуру.
77. Тепловая труба по п.65, в которой рабочая текучая среда выполнена с возможностью испарения и конденсации.
78. Тепловая труба по п.77, в которой рабочая текучая среда содержит текучую среду, выбранную из: 7Li, натрия и калия.
79. Способ изготовления топливного элемента на основе расщепления ядра, включающий: обеспечение наличия топливного материала на основе расщепления ядра и размещение по меньшей мере одной части по меньшей мере одной тепловой трубы внутри топливного материала на основе расщепления ядра, при котором ограничивают полость внутри по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра и выполняют механическую обработку полости путем штамповки.
80. Способ по п.79, в котором при размещении внутри топливного материала на основе расщепления ядра по меньшей мере одной части по меньшей мере одной тепловой трубы:
размещают капиллярную структуру внутри по меньшей мере одной части полости и размещают рабочую текучую среду внутри полости.
81. Способ по п.80, в котором при ограничении полости внутри по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра ограничивают канал в по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра.
82. Способ по п.80, в котором при ограничении полости внутри по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра формируют указанную часть по меньшей мере одной части топливного материала на основе расщепления ядра вокруг формы.
83. Способ по п.82, в котором форма содержит оправку.
84. Способ по п.82, в котором при формировании выполняют технологическую операцию, выбранную из: сварки, отливки, гальванизации, прессования, литья.
85. Способ по п.80, в котором при размещении капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости ограничивают канавки на поверхности полости.
86. Способ по п.85, в котором при ограничении канавок выполняют технологическую операцию, выбранную из: механической обработки, травления, отливки и штамповки.
87. Способ по п.80, в котором при размещении капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости размещают фитиль внутри по меньшей мере одной части полости.
88. Способ по п.80, в котором дополнительно определяют размер полости, исходя из значения заранее заданных свойств выработки электроэнергии топливного элемента на основе расщепления ядра.
89. Способ по п.80, в котором дополнительно определяют размер полости, исходя из значения заранее заданных теплофизических свойств рабочей текучей среды.
90. Способ по п.80, в котором дополнительно определяют размер полости, исходя из размещенных летучих продуктов деления.
91. Способ изготовления узла тепловой трубы, включающий:
обеспечение наличия элемента тепловой трубы и размещение топливного материала на основе расщепления ядра как единого целого с элементом тепловой трубы, в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы, при котором ограничивают полость внутри по меньшей мере одной части стенки тепловой трубы и выполняют механическую обработку полости путем штамповки.
92. Способ по п.91, в котором при размещении элемента тепловой трубы: размещают капиллярную структуру внутри по меньшей мере одной части полости и размещают рабочую текучую среду внутри полости.
93. Способ по п.92, в котором при размещении топливного материала на основе расщепления ядра в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы размещают топливный материал на основе расщепления ядра внутри по меньшей мере одной части стенки.
94. Способ по п.92, в котором при размещении топливного материала на основе расщепления ядра в тепловом сообщении с элементом тепловой трубы размещают топливный материал на основе расщепления ядра внутри по меньшей мере одной части полости.
95. Способ по п.92, в котором при ограничении полости внутри по меньшей мере одной части стенки формируют указанную по меньшей мере одну часть стенки вокруг формы.
96. Способ по п.95, в котором форма содержит оправку.
97. Способ по п.96, в котором формирование включает технологическую операцию, выбранную из: сварки, отливки, гальванизации, прессования и литья.
98. Способ по п.92, в котором при размещении капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости ограничивают канавки на поверхности полости.
99. Способ по п.98, в котором при ограничении канавок выполняют технологическую операцию, выбранную из: механической обработки, травления, отливки и штамповки.
100. Способ по п.92, в котором при размещении капиллярной структуры внутри по меньшей мере одной части полости размещают фитиль внутри по меньшей мере одной части полости.
RU2010147880/07A 2008-05-15 2009-05-15 Топливный элемент тепловой трубы на основе расщепления ядра RU2492533C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/152,904 US20090285348A1 (en) 2008-05-15 2008-05-15 Heat pipe fission fuel element
US12/152,904 2008-05-15
PCT/US2009/003028 WO2009139899A1 (en) 2008-05-15 2009-05-15 Heat pipe fission fuel element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010147880A RU2010147880A (ru) 2012-06-20
RU2492533C2 true RU2492533C2 (ru) 2013-09-10

Family

ID=41316153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010147880/07A RU2492533C2 (ru) 2008-05-15 2009-05-15 Топливный элемент тепловой трубы на основе расщепления ядра

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20090285348A1 (ru)
EP (1) EP2291850B1 (ru)
JP (1) JP2011523045A (ru)
KR (1) KR101568448B1 (ru)
CN (1) CN102067241B (ru)
RU (1) RU2492533C2 (ru)
WO (1) WO2009139899A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9214246B2 (en) 2006-11-28 2015-12-15 Terrapower, Llc System and method for operating a modular nuclear fission deflagration wave reactor
US9831004B2 (en) 2006-11-28 2017-11-28 Terrapower, Llc Controllable long term operation of a nuclear reactor
US8971474B2 (en) 2006-11-28 2015-03-03 Terrapower, Llc Automated nuclear power reactor for long-term operation
US9734922B2 (en) 2006-11-28 2017-08-15 Terrapower, Llc System and method for operating a modular nuclear fission deflagration wave reactor
US7860207B2 (en) 2006-11-28 2010-12-28 The Invention Science Fund I, Llc Method and system for providing fuel in a nuclear reactor
US9275759B2 (en) 2006-11-28 2016-03-01 Terrapower, Llc Modular nuclear fission reactor
US9230695B2 (en) 2006-11-28 2016-01-05 Terrapower, Llc Nuclear fission igniter
US9793014B2 (en) 2008-05-15 2017-10-17 Terrapower, Llc Heat pipe fission fuel element
US9159459B2 (en) 2008-08-12 2015-10-13 Terrapower, Llc Heat pipe nuclear fission deflagration wave reactor cooling
US20100040187A1 (en) * 2008-08-12 2010-02-18 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Heat pipe nuclear fission deflagration wave reactor cooling
CA2839084C (en) * 2013-01-17 2020-07-14 Atomic Energy Of Canada Limited Heterogeneous core designs and thorium based fuels for heavy water reactors
CN103366834A (zh) * 2013-08-02 2013-10-23 吕应中 利用钍生产核燃料的热中子高速增殖系统及增殖方法
CN104409109A (zh) * 2014-09-26 2015-03-11 吕应中 超高比功率热中子钍增殖堆装置及增殖核燃料的方法
EP4022651A2 (en) 2019-10-15 2022-07-06 NuScale Power, LLC Heat pipe networks for heat removal, such as heat removal from nuclear reactors, and associated systems and methods
CN116543933B (zh) * 2023-05-29 2024-01-23 西安交通大学 一种金属燃料基体热管冷却反应堆堆芯结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5684848A (en) * 1996-05-06 1997-11-04 General Electric Company Nuclear reactor heat pipe
US6878952B1 (en) * 1999-09-02 2005-04-12 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Cask
US20080069289A1 (en) * 2002-09-16 2008-03-20 Peterson Otis G Self-regulating nuclear power module

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3096263A (en) * 1952-04-01 1963-07-02 Walter E Kingston Nuclear reactor fuel elements and method of preparation
DE1539689A1 (de) * 1966-05-21 1970-01-22 Brauer Dr Ing Heinz Extrem kompaktes Bauelement fuer Kernreaktoren,chemische Reaktoren und konventionelle Waermeaustauscher
US3601638A (en) * 1967-04-04 1971-08-24 Euratom Fuel elements for use in thermionic nuclear reactors
US3437847A (en) * 1967-08-29 1969-04-08 Us Air Force Cascaded thermionic-thermoelectric devices utilizing heat pipes
US3535562A (en) * 1968-02-16 1970-10-20 Nasa Power system with heat pipe liquid coolant lines
DE1764347A1 (de) * 1968-05-21 1971-07-15 Euratom Kernreaktor mit Waermeroehren
US3629063A (en) * 1968-09-23 1971-12-21 Us Air Force Vent for nuclear-thermionic fuel rod
US3607631A (en) * 1968-11-06 1971-09-21 Atomic Energy Commission Moderated thermionic reactor core
DE2142744C3 (de) * 1971-08-26 1980-11-13 Deutsche Gesellschaft Fuer Wiederaufarbeitung Von Kernbrennstoffen Mbh, 3000 Hannover Brennelement in Stabform für Kernreaktoren
US3854524A (en) * 1972-09-07 1974-12-17 Atomic Energy Commission Thermal switch-heat pipe
DE2258727A1 (de) * 1972-11-30 1974-06-06 Siemens Ag Verfahren fuer das zonenweise umsetzen von kernreaktorbrennelementen
US3935063A (en) * 1973-11-28 1976-01-27 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Emergency heat removal system for a nuclear reactor
US4113563A (en) * 1976-01-06 1978-09-12 Westinghouse Electric Corp. Fuel arrangement for high temperature gas cooled reactor
US4303474A (en) * 1977-03-01 1981-12-01 General Atomic Company Nuclear reactor core assembly
US4270938A (en) * 1978-12-04 1981-06-02 Airco, Inc. Processes for decontaminating nuclear process off-gas streams
UST101204I4 (en) * 1980-10-16 1981-11-03 Compact fast nuclear reactor using heat pipes
US4591479A (en) * 1981-06-03 1986-05-27 Nus Corporation Boiling water reactor fuel bundle
US4478784A (en) * 1982-06-10 1984-10-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Passive heat transfer means for nuclear reactors
US4636352A (en) * 1984-02-09 1987-01-13 Westinghouse Electric Corp. Nuclear fuel rod with burnable plate and pellet-clad interaction fix
US4560533A (en) * 1984-08-30 1985-12-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fast reactor power plant design having heat pipe heat exchanger
US4604785A (en) * 1984-12-21 1986-08-12 General Electric Company Method of making fuel channel
US4749544A (en) * 1987-03-24 1988-06-07 General Electric Company Thin walled channel
US4851183A (en) * 1988-05-17 1989-07-25 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Underground nuclear power station using self-regulating heat-pipe controlled reactors
US5039475A (en) * 1990-07-02 1991-08-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Thermionic fuel element pressure vessel
US5182077A (en) * 1991-04-15 1993-01-26 Gamma Engineering Corporation Water cooled nuclear reactor and fuel elements therefor
JPH0519078A (ja) * 1991-07-15 1993-01-26 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp 原子炉用燃料棒
JP2915200B2 (ja) * 1991-07-24 1999-07-05 株式会社日立製作所 燃料装荷方法及び原子炉炉心
US5223210A (en) * 1991-08-16 1993-06-29 General Electric Company Passive cooling system for liquid metal cooled nuclear reactors with backup coolant flow path
US5264056A (en) * 1992-02-05 1993-11-23 Electric Power Research Institute, Inc. Method and apparatus for annealing nuclear reactor pressure vessels
WO1993018520A1 (de) * 1992-03-13 1993-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Kernreaktor-brennstab mit zweischichtigem hüllrohr
US5420897A (en) * 1992-07-30 1995-05-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Fast reactor having reflector control system
US5353321A (en) * 1993-06-21 1994-10-04 Aleksandr Rybnikov Plasma thermoelement
EP0725967B2 (en) * 1993-10-29 2003-07-09 Carlo Rubbia An energy amplifier for "clean" nuclear energy production driven by a particle beam accelerator
US5408510A (en) * 1994-04-11 1995-04-18 The Babcock & Wilcox Company Thermionic nuclear reactor with flux shielded components
US6120706A (en) * 1998-02-27 2000-09-19 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Process for producing an aggregate suitable for inclusion into a radiation shielding product
US6233298B1 (en) * 1999-01-29 2001-05-15 Adna Corporation Apparatus for transmutation of nuclear reactor waste
US6512805B1 (en) * 1999-09-14 2003-01-28 Hitachi, Ltd. Light water reactor core and fuel assembly
US6353651B1 (en) * 1999-11-17 2002-03-05 General Electric Company Core catcher cooling by heat pipe
IT1316223B1 (it) * 2000-09-28 2003-04-03 Carlo Rubbia Metodo e dispositivo per riscaldare gas da uno strato sottile dicombustibile nucleare e propulsore spaziale che utilizza tale metodo.
JP2002122686A (ja) * 2000-10-17 2002-04-26 Toshiba Corp 沸騰水型原子力発電プラントおよびその建設工法
JP2002156485A (ja) * 2000-11-15 2002-05-31 Hitachi Ltd 原子炉
FR2817385B1 (fr) * 2000-11-30 2005-10-07 Framatome Anp Pastille de combustible nucleaire oxyde et crayon comportant un empilement de telles pastilles
JP2002295260A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Mazda Motor Corp 火花点火式直噴エンジン
JP2003028975A (ja) * 2001-07-10 2003-01-29 Central Res Inst Of Electric Power Ind 原子炉
TW200306402A (en) * 2001-12-21 2003-11-16 Tth Res Inc Loop heat pipe method and apparatus
US6768781B1 (en) * 2003-03-31 2004-07-27 The Boeing Company Methods and apparatuses for removing thermal energy from a nuclear reactor
US20050069075A1 (en) * 2003-06-04 2005-03-31 D.B.I. Century Fuels And Aerospace Services, Inc. Reactor tray vertical geometry with vitrified waste control
US20060227924A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Westinghouse Electric Company Llc High heat flux rate nuclear fuel cladding and other nuclear reactor components
US7860207B2 (en) * 2006-11-28 2010-12-28 The Invention Science Fund I, Llc Method and system for providing fuel in a nuclear reactor
US9230695B2 (en) * 2006-11-28 2016-01-05 Terrapower, Llc Nuclear fission igniter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5684848A (en) * 1996-05-06 1997-11-04 General Electric Company Nuclear reactor heat pipe
US6878952B1 (en) * 1999-09-02 2005-04-12 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Cask
US20080069289A1 (en) * 2002-09-16 2008-03-20 Peterson Otis G Self-regulating nuclear power module

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САМОЙЛОВ А.Г. и др. Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1996, с.162-170, рис.4.10-4.12. ЕМЕЛЬЯНОВ И.Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. - М.: Энергоиздат, 1982, с.167. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102067241A (zh) 2011-05-18
CN102067241B (zh) 2015-11-25
RU2010147880A (ru) 2012-06-20
KR20110013486A (ko) 2011-02-09
JP2011523045A (ja) 2011-08-04
US20090285348A1 (en) 2009-11-19
EP2291850A1 (en) 2011-03-09
KR101568448B1 (ko) 2015-11-11
EP2291850A4 (en) 2012-03-28
WO2009139899A1 (en) 2009-11-19
EP2291850B1 (en) 2014-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2492533C2 (ru) Топливный элемент тепловой трубы на основе расщепления ядра
JP7514339B2 (ja) 原子炉の蒸気発生器
KR102134939B1 (ko) 핵연료 요소
KR20230098254A (ko) 원자로 코어로부터 열을 제거하기 위한 장치, 시스템, 및 방법
JP2011530713A (ja) 熱パイプを利用する核分裂爆燃波型の原子炉の冷却
US9793014B2 (en) Heat pipe fission fuel element
RU2660942C1 (ru) Активная зона ядерного реактора
US8822963B2 (en) Vapor forming apparatus, system and method for producing vapor from radioactive decay material
Kottowski et al. Mechanism of nucleation, superheating, and reducing effects on the activation energy of nucleation
Sinyavskii et al. Effect of the nonaxial symmetry of an emitter-collector system on the temperature field of a thermionic fuel element
Asmolov et al. The effect of gas dissolved in the water on heat transfer coefficients in nuclear reactors
Merrigan et al. Performance correlations for high temperature potassium heat pipes
Cheng et al. Transition boiling heat transfer in forced vertical flow. Final report, June 1977--June 1978
Bangerter et al. Ion beam inertial confinement target
Kramer et al. Design and fabrication of one piece in-situ ribbed cell walls for application in an advanced AMTEC cell
Dudnikov Practical aspects of surface plasma sources operation
Kleisle et al. Temperature controller for gas laser resonator
Ritz et al. IMPROVEMENTS IN AND RELATING TO NUCLEAR REACTORS AND FUEL ELEMENTS THEREFOR
Nishimura et al. Experimental study on forced convection boiling heat transfer on molten alloy
Hoffman Manual for Subcooled Flow Boiling Code SCB-2
Schissel et al. H-mode energy confinement scaling from the ASDEX, DIII-D and jet tokamaks
Merrigan et al. Design and demonstration of heat pipe cooling for NASP and evaluation of heating methods at high heating rates
Allen et al. A design for an advanced divertor for DIII-D and ITER: The radiative slot divertor
Gorshkova et al. Electromagnetic characteristics and energy balance of an H-pinch discharge
Jansen Jr Behavior of a Boiling Metal Thermosiphon Loop

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20150122

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190516