TWI803037B - 用於調節反應器堆芯之輸出的裝置、系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本文中揭示一種用於核反應器之可調節堆芯總成。該可調節堆芯可包括：複數個反應度控制胞元，其經組態以容納一反應度控制棒；及複數個單位胞元。該複數個單位胞元界定對應於該堆芯之一初始功率輸出的一徑向尺寸。該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納：燃料，其經組態以產生能量；及一熱管，其經組態以將熱能自該堆芯轉移開。該複數個單位胞元中之每一單位胞元可在一徑向方向上耦接至一鄰近單位胞元，藉此改變該徑向尺寸，其中改變的徑向尺寸對應於該堆芯之一經調節功率輸出，且其中該堆芯之該經調節功率輸出不同於該堆芯之該初始功率輸出。

Description

用於調節反應器堆芯之輸出的裝置、系統及方法
本發明大體上係關於核動力產生，且更特定言之，係關於經組態以調節核堆芯之輸出的改良裝置。
提供以下發明內容來幫助瞭解本文所揭示之態樣的一些獨特創新特徵，且不意圖作為完整描述。從全份說明書、申請專利範圍、及發明摘要的整體可獲得對各種態樣的全面性理解。
在各個態樣中，揭示一種用於核反應器之可調節堆芯。該可調節堆芯可包括：複數個反應度控制胞元，其中該複數個反應度控制胞元中之每一反應度控制胞元包括經組態以容納一反應度控制棒之一反應度控制棒界面，該反應度控制棒包括一中子吸收材料；及複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元包括經組態以容納燃料之複數個燃料通道，且其中該複數個單位胞元中之每一胞元包括複數個熱管通道，該複數個熱管通道經組態以容納一熱管，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成在一徑向方向上鄰近該複數個單位胞元中之另一單位胞元，藉此界定該可調節堆芯之一徑向尺寸，其中該徑向尺寸對應於該可調節堆芯之一預定功率輸出。
在各個態樣中，揭示一種用於核反應器之可調節堆芯總成。該可調節堆芯總成可包括：複數個反應度控制胞元，其中該複數個反應度控制胞元中之每一反應度控制胞元經組態以容納包括一中子吸收材料之一反應度控制棒；及複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元界定對應於該堆芯之一初始功率輸出之一徑向尺寸，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之燃料，且其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納一熱管，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經模組化組態以在一徑向方向上耦接至該複數個單位胞元中之一鄰近單位胞元，藉此改變該徑向尺寸，其中改變的徑向尺寸對應於該堆芯之一經調節功率輸出，且其中該堆芯之該經調節功率輸出不同於該堆芯之該初始功率輸出。
在各個態樣中，一種調節核反應器之堆芯的功率輸出之方法，其中該堆芯包括：複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之燃料，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納一熱管，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，其中該複數個單位胞元中之單位胞元之一初始數目對應於該堆芯之一初始功率輸出，該方法包括：至少部分地基於該堆芯之一所要功率輸出來判定燃料之一量，其中該堆芯之該所要功率輸出對應於該核反應器之一預期應用；至少部分地基於該堆芯之一預定要求來判定熱管之數目，其中該堆芯之該預定要求至少部分地基於該核反應器之該預期應用；至少部分地基於對應於該所要功率輸出之燃料之該量及對應於該預定要求之熱管之經判定數目來判定單位胞元之數目；及機械地改變該複數個單位胞元，使得單位胞元之該初始數目變為單位胞元之經判定數目，藉此改變該堆芯使得該堆芯之該初始功率輸出變為該堆芯之該所要功率輸出。
通過考慮以下為全部形成本說明書之一部分的實施方式和所附申請專利範圍且參考附圖，將變得更明白本發明的這些及其他目的、特性和特徵以及結構相關元件的操作方法和功能及部件組合和製造經濟性，其中相同參考數字代表各圖中的對應部件。然而，應明確瞭解，圖式僅為了說明和描述的目的，且無意圖定義本發明的多個限制。
本申請案主張2020年10月29日申請名稱為「用於調節反應器堆芯之輸出的裝置、系統及方法(DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR ADJUSTING THE OUTPUT OF A REACTOR CORE)」之美國非臨時申請案第17/084,365號之權益，其內容以全文引用方式併入本文中。
本發明藉由政府支持在由能源部(Department of Energy)授與之合同DE-NE0008853下完成的。政府擁有本發明的某些權利。
闡述許多特定細節以提供對本揭示所說明及附圖中所繪示之態樣之整體結構、功能、製造、及使用的徹底理解。未詳細描述熟知的操作、組件、及元件，以不致模糊說明於說明書中的態樣。讀者將理解文中說明及繪示之態樣係非限制性實例，及因此可明瞭文中揭示的特定結構及功能細節可係代表性及說明性的。可對其作變化及改變而不脫離申請專利範圍之範疇。此外，應瞭解，諸如「向前」、「向後」、「左」、「右」、「向上」、「向下」等用語為方便用語，而不應被詮釋為限制性用語。此外，應瞭解，諸如「向前」、「向後」、「左」、「右」、「向上」、「向下」等用語為方便用語，而不應被詮釋為限制性用語。
在以下描述中，在圖式的若干視圖中，相同參考字符代表類似或對應的部件。同樣在以下描述中，應瞭解，諸如「向前」、「向後」、「左」、「右」、「向上」、「向下」等用語為方便用語，而不應被詮釋為限制性用語。
在詳細解釋關節式機械手臂的各種態樣之前，應注意，說明性實例在應用或使用上不限於附圖和實施方式中所說明部件的構造和配置之細節。說明性實例可經實施或併入在其他態樣、變型和修改中，並可用各種方式實踐或實現。此外，除非特別指出，否則本說明書所使用的術語和表達是為了方便讀者來描述說明性實例之目的而選擇，而不是為了對其限制的目的。而且，將明白，以下所述態樣、態樣的表達及/或實例之一或多者可與其他以下所述態樣、態樣的表達及/或實例之任何一或多者組合。
本發明係關於用以調節反應器堆芯之輸出的裝置、系統及方法。核反應器通常經製造以產生用於預期應用之特定功率輸出。除應用特定的功率要求以外，核反應器之設計及生產亦必須符合多種內部及/或政府安全性法規。舉例而言，必須依照多個不同準則來設計且製造核反應器，該等準則諸如：(i)容納多種不同燃料及/或減速劑(例如石墨、氧化鈹、氫化釔、氫化鋯)之能力；(ii)在正常操作及假定故障期間熱機械自足之能力；(iii)支援可用製造能力之能力；(iv)與現有堆芯組件(例如徑向反射器)整合之能力；及(v)可擴展以與可運輸及可行動反應器一起使用之能力。習知的核反應器為較大的，此限制其應用數量。然而，大小約束及有限的應用使製造商更容易集中在少數習知的設計上，此等計可依照適用要求及/或法規進行商業化。
隨著核反應器之大小繼續減小，其多功能性亦增加。新的核反應器，包括微型反應器，可有效地實施於數目不斷增長之新興且前所未有的應用中。然而，核反應器之設計及效能之可靠性以及其與適用要求及/或法規之符合性比以往任何時候都重要。舉例而言，隨著核反應器變得更加多功能，其變得更普遍，且因此，反應器故障之影響可能更大且更深遠。沒有單一反應器設計適於更多的應用。然而，為每一新的應用創建新的設計在商業上可能不切實際且可能不安全。舉例而言，新的反應器設計之無限開發可能會增加與生產及操作相關聯之成本及風險。換言之，「單一大小」核反應器並不都適配。因此，需要改良的裝置、系統及方法以調節反應器堆芯設計之輸出，同時保持符合適用要求及/或法規。此類裝置、系統及方法將使得能夠針對每一新的應用容易地修改反應器，同時保持反應器之製造及操作之穩定性。
現參考圖1，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪堆芯100之透視圖，該堆芯可經修改以調節核反應器之輸出。根據圖1之非限制性態樣，堆芯100包括複數個單位胞元102，該複數個單位胞元共同地形成六邊形堆芯界限。每一單位胞元102可經組態以容納熱管及一定量之燃料(例如呈棒及/或堆疊組態之形式)，其可共同地產生核動力且管理貫穿堆芯100之熱能。根據一些非限制性態樣，一或多個單位胞元102可進一步包括減速劑組態，其可減緩自燃料射出之中子。如圖1之非限制性態樣中所描繪，單位胞元102可經配置成使得堆芯100包括六邊形幾何形狀。然而，在其他非限制性態樣中，單位胞元102可經配置成使得堆芯100包括多個不同幾何組態中之任一者，此取決於預期應用及/或使用者偏好。
進一步參考圖1，堆芯100可進一步包括複數個反應度控制胞元104。每一胞元104可經組態以容納反應度控制棒組態，其可共同地控制在堆芯100內發生之裂變，且因此阻止堆芯100在反應器及/或動力故障或臨界事故之情況下達到臨界溫度。根據各種非限制性態樣，可縮減或完全地去除堆芯100內之裂變之量，後者可關閉堆芯。本發明所涵蓋之反應度控制棒可包括中子吸收材料且可經組態以插入至反應度控制胞元104中以在緊急狀況下減慢及/或停止核反應。圖1之堆芯100之反應度控制組態表示現代微型反應器之有價值的特徵，該等現代微型反應器係可運輸的且具有廣泛範圍的商業應用。因此，微型反應器之出現可增加核技術之普及，使安全性被置於更高的優先地位。
根據圖1之非限制性態樣，堆芯100可進一步包括反射器106。舉例而言，反射器106可包括一或多個板，其由厚的中子緩和材料(例如氧化鈹、石墨及/或其組合)構成且經組態以實質上包圍堆芯100。反射器106可進一步包括經組態以容納中子吸收材料之複數個控制鼓108。在反應器及/或動力故障之情況下，控制鼓108可朝向堆芯100向內轉動，使得吸收材料關閉反應器。根據一些非限制性態樣，反射器106可另外包括經組態以提供伽瑪及中子屏蔽之伽瑪屏蔽件。如圖1之非限制性態樣中所描繪，反射器106可以圓形組態配置，該圓形組態包圍以六邊形配置之複數個單位胞元102。然而，在其他非限制性態樣中，反射器106可經配置以取決於預期應用及/或使用者偏好而圍繞複數個單位胞元102形成多個不同幾何組態中之任一者。
仍參考圖1，反射器106可經分割以確保單位胞元102與反射器106之間存在間隙，作為控制且促進所要熱轉移量之手段。舉例而言，反射器106可由複數個模組化板形成，該複數個模組化板經整合以產生前述間隙。然而，在其他非限制性態樣中，反射器106可一體成形。另外，反射器106可進一步經組態以沿著軸向方向D1延伸，從而界定堆芯100之長度L。複數個單位胞元102亦可經組態以橫跨堆芯100之長度L。
一些緊湊型反應器充當「核電池」，其使用來自核材料(例如呈氧化物、金屬及/或矽化物形式之鈾等等)之裂變之能量以產生電。由於單位胞元經組態以容納呈任何形式之燃料，包括此類放射性同位素，因此堆芯100之長度L之量值可對應於核反應器之所要輸出及維持臨界性所必需之燃料質量。另外及/或替代地，微型反應器之增加的多功能性意謂堆芯100必須可針對多種應用來組態，許多該等應用可能具有大小及/或重量約束。因此，堆芯100之設計允許長度L可特定組態以適應核反應器之輸出、大小及/或重量要求。
現參考圖2，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪圖1之堆芯設計之俯視圖。圖2繪示複數個單位胞元102及複數個反應度控制胞元104可如何經特定配置以建立堆芯100之非限制性態樣之六邊形組態。亦顯而易見，複數個單位胞元102中之每一單位胞元102及複數個反應度控制胞元104中之每一反應度控制胞元104亦包括六邊形組態。然而，應瞭解，出於說明性目的專門地描繪六邊形組態。因此，本發明涵蓋其他非限制性態樣，其中單位胞元102包括任何數目個幾何組態(例如正方形、圓形、三角形、矩形、五邊形、八邊形)且經配置使得堆芯100可包括任何數目個幾何組態。
進一步參考圖2，複數個單位胞元102及複數個反應度控制胞元104可沿著徑向方向D2配置，藉此界定堆芯100之徑向尺寸R。具體言之，圖2之非限制性態樣描繪具有61個單位胞元102之堆芯100。然而，本發明涵蓋其他非限制性態樣，其中堆芯100包括任何數目個單位胞元102。實際上，在不顯著地改變堆芯100之設計之情況下容易地添加或減去該堆芯之單位胞元102之數目的能力允許取決於預期應用及/或使用者偏好來容易地按比例調整堆芯100。因而，亦可針對多個應用及要求容易地調節堆芯100設計之輸出。舉例而言，使用者可藉由添加或減去堆芯100之單位胞元102來改變堆芯100之徑向尺寸及/或軸向尺寸。由於單位胞元經組態以容納包括放射性同位素之燃料，因此增加或減小徑向尺寸R之量值可改變堆芯100之輸出。因此，取決於預期應用及/或使用者偏好，堆芯100之徑向尺寸R可對應於核反應器之所要輸出。另外及/或替代地，堆芯100之徑向尺寸R可經特定組態以符合多個大小及/或重量要求，該等要求可根據應用而變化。
應瞭解，如本發明中所使用，術語「徑向」描述當自上而下檢視時自堆芯100之中心延伸的任一方向。因此，術語「徑向」之使用不應限於圓形或類似圓形之組態，且不應視為暗示圖1及圖2之堆芯100限於圓形或類似圓形之組態。舉例而言，本發明涵蓋非限制性態樣，其中堆芯100包括矩形組態。根據此類態樣，堆芯100可包括不同長度之一或多個徑向尺寸。
仍參考圖2，複數個單位胞元102及複數個反應度控制胞元104可由固體材料塊(例如石墨)一體形成。因此，單位胞元102中之每一者之內部特徵，諸如熱管通道、燃料通道、減速劑通道等等，可自固體材料塊鑽出，且由固體材料塊一體形成。然而，根據其他非限制性態樣，複數個單位胞元102中之每一單位胞元102及複數個反應度控制胞元104中之每一反應度控制胞元104可模組化地形成，且經整合至堆芯塊中以促進堆芯設計之可調節性。無論如何，堆芯100可容易地製造成包括任何數目個單位胞元102及/或反應度控制胞元104。此可允許堆芯100設計可容易地擴展，此為對已知反應器之明顯改良。舉例而言，改變單位胞元102及反應度控制胞元104之數目允許使用者改變堆芯100之徑向尺寸R及長度L (圖1)，藉此針對具有獨特輸出及/或空間約束之應用來改變該堆芯之輸出及靈活性。然而，堆芯100設計基本上保持相同，此允許生產及效能之可預測性，而不管輸出及大小之差異。此等特徵亦縮減了為新應用設計所需之非重複工程化之量，且促進製造一致性及部分之標準化。儘管圖1及圖2之堆芯100可按比例調整為調節其輸出之手段，但該按比例調整應進一步考慮經實施熱管之額定功率、經調節輸出所需之反應度控制棒之適當數目，及控制鼓之有效性。
進一步參考圖2，胞元102中之每一者可經組態為自足的。如本發明中所使用，「自足」應被理解為每一單位胞元102經由熱棒獨立地耗散由在單位胞元102內定向之燃料產生之熱的能力。然而，作為安全措施，單位胞元102經特定配置，使得任何兩個鄰近單位胞元102之間的間隙G小於或等於2毫米。因而，在一或多個熱管在任一給定單位胞元102內發生故障之情況下，鄰近單位胞元102可定位成足夠接近具有發生故障的熱管之單位胞元102，使得其會將餘熱自堆芯100轉移開。因此，單位胞元102可經組態以確保堆芯100可在可接受溫度下操作，即使當單位胞元由於熱管故障而不再自足時亦如此。
另外，圖2之單位胞元102可相對於彼此在幾何形狀上組態且定向成三角形圖案，該三角形圖案包括經計算以實現所要輸出之預定間距。舉例而言，圖2之堆芯100可包括大於或等於150毫米且小於或等於200毫米之間距。然而，如由預期應用及/或使用者偏好所要求，本發明涵蓋其他非限制性態樣，包括基於任何數目個所要輸出之任何數目個不同間距。因此，複數個單位胞元102可包括多個幾何變數，其可衰減以進一步調節堆芯100之輸出。實際上，可仔細地選擇單位胞元102之特定幾何形狀及相對位置以及反射器106之組態及幾何形狀，以調節堆芯100之輸出，從而滿足特定應用之需求，同時符合額外要求。
現參考圖3，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪圖1及圖2之堆芯100之單位胞元102的俯視圖。根據圖3之非限制性態樣，單位胞元102可包括經組態以容納堆芯100之燃料的複數個燃料通道110及經組態以容納堆芯100之熱管的複數個熱管通道112。具體言之，圖3之單位胞元102包括二十四個燃料通道110及七個熱管通道112。然而，應瞭解，單位胞元102可包括任何數目個燃料通道110及熱管通道112，以最佳化核能之產生且增強自堆芯100移除熱能之效率。如先前所論述，每一單位胞元102經組態為自足的。因此，每一熱管通道112可由堆芯之若干燃料通道110包圍，使得由插入在燃料通道110內之燃料產生的熱能可有效地自堆芯100轉移開。舉例而言，燃料包括可裂變材料(例如二矽化鈾、二氧化鈾及具有氮化鈾或氧碳化鈾核之三結構等向性粒子燃料)。
根據其他非限制性態樣，圖3之單位胞元102可進一步包括減速劑通道，該減速劑通道經組態以容納堆芯100之減速劑(例如基於氫之減速劑、BeO等)，其中該減速劑可經組態以延遲由插入於複數個燃料通道110中之燃料射出的中子之傳播。替代地及/或另外，單位胞元102可包括額外特徵，其經組態以容納堆芯100之其他儀器。
進一步參考圖3，複數個燃料通道110可經組態以具有第一直徑D1，且複數個熱管通道112可經組態以具有第二直徑D2。根據一些非限制性具體例，第一直徑D1及第二直徑D2係與在熱產生與熱移除之間提供平衡有關。此可輔助單位胞元102變為自足的，使得插入至熱管通道112中之熱管具有更大傳導及/或對流表面積以改良其將熱自堆芯100轉移開之能力。類似於單位胞元102之間的間隙G，燃料通道110之第一直徑D1及熱管通道112之第二直徑D2可經組態使得當燃料通道110及熱管通道112恰當地插入至單位胞元102中時在燃料堆疊與燃料通道110之內壁之間以及在熱管與熱管通道112之內壁之間存在所要間隙。再次，此類間隙可在幾何形狀上經組態以最佳化作為整體之整個單位胞元102及整個堆芯100中之熱轉移。儘管圖3之非限制性態樣包括具有圓形組態之通道110、112，但應瞭解，本發明涵蓋其他非限制性態樣，其中具有任何數目個幾何組態之通道110、112針對預期應用及使用者偏好最佳化熱轉移。因此，如由本發明使用之術語「直徑」應包括從通道110、112之中心點向外延伸之任一尺寸。因而，應瞭解，術語「直徑」不意欲將通道110、112限制為圓形組態。
仍參考圖3，單位胞元102亦可包括經組態以容納中子吸收材料之特徵，該等中子吸收材料可減慢在單位胞元102之燃料通道110中發生之核反應。因此，可進一步經由中子吸收劑之影響來調節單位胞元102且因此堆芯100本身之功率分佈及徑向功率峰值。根據一些非限制性態樣，堆芯100可設計用於對堆芯100沒有嚴格運輸要求之應用。替代地及/或另外，堆芯100可使用高密度燃料。根據此類態樣，可藉由改變單位胞元102之燃料通道110內之燃料濃化位準或藉由添加可燃吸收劑來另外管理單位胞元102及堆芯100之軸向功率尖峰因數及軸向功率分佈。
現參考圖4A，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪圖3之單位胞元之透視圖。根據圖4A之非限制性態樣，複數個單位胞元102經組態以沿著堆芯100之長度L的至少一部分延伸。舉例而言，複數個單位胞元102中之每一單位胞元102可模組化地形成且整合至堆芯塊中，以促進堆芯設計之可調節性，此表示由堆芯100之設計提供的可調節性之一個態樣。此可輔助堆芯100符合與預期應用相關聯的輸出及/或大小要求。在由本發明涵蓋之其他非限制性態樣中，單位胞元102可沿著堆芯100之長度的至少一部分一體成形，但類似地經組態以實現所要輸出。
類似地，圖4B中所描繪的反射器106組態包括複數個包括控制鼓108的反射器106，其中類似於先前參考圖1描繪且論述之組態，反射器106經組態以沿著堆芯100之長度L的至少一部分延伸。當然，根據一些非限制性態樣，反射器亦可一體成形。再次，反射器可經特定組態以產生有利的間隙，以促進且增強整個堆芯100中之熱轉移。
另外及/或替代地，根據一些非限制性態樣，一列單位胞元102與鄰近的一列單位胞元102重疊可為有利的。舉例而言，根據圖4C之非限制性態樣，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪圖3之單位胞元的側視圖。如圖4C中可見，單位胞元102相對於彼此偏移。此類重疊可增強整個堆芯100中之能量產生及/或熱轉移，且為使用者提供一或多個可被衰減之幾何變數以最佳化堆芯100效能，而不顯著地改變堆芯100設計。
現參考圖5，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪圖1至圖4之堆芯100的透視圖。根據圖5之非限制性態樣，堆芯100可經組裝以包括佈置在整個複數個單位胞元102及反應度控制胞元108中之燃料111 (例如棒及/或堆疊)、熱管113及反應度控制棒115。具體言之，燃料111可佈置在一或多個單位胞元102之整個燃料通道110 (圖3)中，熱管113可佈置在一或多個單位胞元102之整個熱管通道112 (圖3)中，且反應度控制棒115可佈置在一或多個反應度控制胞元104之整個反應度控制通道(未展示)中。根據一些非限制性態樣，燃料111及熱管113經組態以延伸堆芯100之預定長度L。在其他非限制性態樣中，燃料111及熱管113經組態以在堆芯之預定長度L之外延伸額外長度L’，以便於下游的堆芯外連接及/或設備(例如電力系統、冷凝器、結構支撐件)。此設計允許針對任一預期應用及/或使用者偏好定製堆芯100，此使得該堆芯能夠靈活地滿足客戶需求。然而，可使用堆芯100設計之基礎核物理學及/或可製造性來評估此等改變，此保持了堆芯100生產及操作中之可靠性及可預測性。換言之，圖5之經組裝堆芯100設計允許燃料111及熱管113經特定組態以適應任一特定功率要求及/或結構組態，而不必重新創造基本堆芯100設計且不必承擔固有的開發風險。
進一步參考圖5，反射器106可進一步包括複數個控制鼓108，該等控制鼓經組態以容納中子吸收及反射材料。在反應器及/或動力故障之情況下，控制鼓108可朝向堆芯100向內轉動，使得吸收材料關閉堆芯100。根據圖5之非限制性態樣，反射器106可進一步包括伽瑪屏蔽件109，該伽瑪屏蔽件經組態以實質上包圍中子屏蔽件、堆芯100及其內部組件102、104、111、113、115，以進一步減輕輻射。
仍參考圖5，堆芯100可進一步包括複數個反應度控制棒115，該等反應度控制棒經組態以貫穿複數個反應度控制胞元104中之一或多個反應度控制胞元104來佈置。舉例而言，反應度控制胞元104可包括反應度控制棒或反應度控制通道，該反應度控制通道類似於燃料通道110及/或熱管通道112但經特定組態以容納反應度控制棒115。如先前論述，每一反應度控制棒115可包括中子吸收材料，該中子吸收材料經組態以在緊急狀況下減慢及/或停止堆芯100內之核反應。反應度控制棒115可共同地阻止堆芯100在反應器及/或動力故障之情況下達到臨界溫度或瞬發臨界。因此，微型反應器之出現可增加核技術之普及，使安全性被置於更高的優先地位。
現參考圖6，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪圖1至圖5的堆芯100之剖切透視圖。根據圖6之非限制性態樣，包括反射器106之堆芯100可經組態以定位在外部護罩117內，該外部護罩可取決於預期應用及/或使用者偏好而使堆芯100具有額外結構性、屏蔽及熱轉移屬性。值得注意的是，圖6說明單位胞元102及反應度控制胞元104可如何相對於彼此配置以形成貫穿堆芯100之塊的複數個燃料通道110 (圖3)、熱管通道112 (圖3)及反應度控制棒及/或反應度控制通道(未展示)。剖視圖描繪佈置在通道110、112內之燃料111、熱管113及反應度控制棒115，藉此形成堆芯100之功能關鍵。因此，應瞭解，單位胞元102及/或反應度控制胞元104之數目可變化以調節堆芯100之輸出及/或幾何組態，而不顯著改變其設計。
應瞭解，至少出於前述原因，本文中所揭示之堆芯100設計包括具有高可製造性準備位準之可調節輸出。換言之，現有製造技術可用於製造一個單位胞元或單位胞元之群集、反射器，及/或本文中所揭示之整體總成。因此，堆芯100可經組裝以用於個別堆芯組件(例如單位胞元、反射器區段)之生產過程控制，且可包括易於根據需要更換及/或修改之組件。此等特徵促進堆芯100之可調性，且當與習知的單體堆芯組態比較時係尤其有價值的。
現參考圖7A至圖9C，根據本發明之至少一個態樣描繪圖1至圖6之堆芯100的若干應力分佈。舉例而言，圖7A及圖7B繪示圖1至圖6之堆芯的至少一部分之溫度分佈。如先前論述，單位胞元102可經配置成使得在任何兩個鄰近胞元102之間不存在大於預定間隙G (圖3)的間隙。間隙G (圖3)使得能夠在熱管故障之情況下藉由相鄰單位胞元102之相鄰熱管耗散餘熱。舉例而言，在圖7A中，描繪不具有熱移除退化之典型的溫度分佈。然而，在圖7B中，熱管已發生故障，如由點A處之溫度濃度所表示。因為相鄰單位胞元102定位成與具有發生故障的熱管之單位胞元102相距不超過預定間隙G，所以可藉由相鄰熱管耗散餘熱。此在圖7B中所描繪的熱梯度之耗散中顯而易見。換言之，堆芯100可經特定組態，使得相鄰單位胞元102可在熱管故障之狀況下幫助移除熱。
圖8A及圖8B繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣之圖1至圖6的堆芯之至少一部分中之應力分佈與習知的單體堆芯中之應力分佈的比較。如自圖8A及圖8B顯而易見，當相較於單體堆芯中之應力時，圖1至圖6之改良的堆芯100組態中之等效應力縮減。儘管應力分佈模式類似，但所經受之應力之量值小得多。圖9A至圖9C繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣之用於圖1至圖6的堆芯之最大預期功率位準的模擬溫度及應力分佈。因此，圖9A至圖9C繪示由堆芯100及其組件所經受之總應力低於用於核反應器之操作條件之習知的限制。因此，圖9A至圖9C繪示，即使調節堆芯之輸出，堆芯100設計亦可促進足夠的熱管理能力，使得由堆芯100經受之應力保持依照其他客戶需求及/或內部及政府法規。
現參考圖10，根據本發明之至少一個非限制性態樣描繪調節核反應器之堆芯的功率輸出之方法200。根據圖10之非限制性態樣，方法200可包括調節堆芯之功率輸出，該堆芯包括複數個單位胞元。複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之燃料。此外，複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納熱管，該熱管經組態以將熱能自堆芯轉移開。複數個單位胞元中之單位胞元之初始數目對應於堆芯之初始功率輸出。舉例而言，初始功率輸出可為堆芯產品線之標準化輸出，此考慮了產品線之客戶所需的平均輸出。此可最小化所需調節之量，且因此，降低調節堆芯之輸出所需的開發之量及風險。
進一步參考圖10，方法200可包括基於堆芯之所要功率輸出來判定燃料(例如棒及/或堆疊)之量202。舉例而言，堆芯之所要功率輸出可對應於核反應器之預期應用。若核反應器相比於初始產品可提供之標準將為更多設備供電，則所要功率輸出將高於初始功率輸出。替代地，該應用可需要較少功率且亦可為堆芯提供較少空間或實際面積。因此，應縮減堆芯之輸出且因此縮減其佔據面積。接下來，該方法包括基於堆芯之預定要求來判定熱管之數目204。舉例而言，核反應器可能必須依照合同、內部或政府熱要求或安全性因素。此可能影響依照對核反應器施加之要求維持所要輸出所需的熱管之數量。
仍參考圖10，方法200進一步包括基於燃料之經判定量及熱管之經判定數目來判定單位胞元之數目206。換言之，該方法需要功率之最佳化及合規性要求。此最佳化接著整合至模組化堆芯設計中。隨後，該方法包括機械地改變複數個單位胞元，使得單位胞元之初始數目變為單位胞元之經判定數目208。因此，可擴展的堆芯經修改以符合基於所要功率輸出及合規性要求而判定之組態。
在以下編號的條項中闡述本文所述主題之各種態樣：
條項1：  一種用於核反應器之可調節堆芯，該可調節堆芯經組態以耦接至一反射器，該反射器經組態以容納一反射材料，該可調節堆芯包括：複數個反應度控制胞元，其中該複數個反應度控制胞元中之每一反應度控制胞元包括經組態以容納一反應度控制棒之一反應度控制棒界面，該反應度控制棒包括一中子吸收材料；及複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元包括經組態以容納燃料之複數個燃料通道，且其中該複數個單位胞元中之每一胞元包括經組態以容納一熱管之複數個熱管通道，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開；其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成在一徑向方向上鄰近該複數個單位胞元中之另一單位胞元，藉此界定該可調節堆芯之一徑向尺寸，其中該徑向尺寸對應於該可調節堆芯之一預定功率輸出。
條項2：  如條項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元相對於該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元以一預定間距定向，且其中該預定間距對應於該可調節堆芯之該預定功率輸出。
條項3：  如條項1或2之可調節堆芯，其中，該預定間距大於或等於150毫米且小於或等於250毫米。
條項4：  如條項1至3中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態成在一軸向方向上鄰近該複數個單位胞元中之另一單位胞元，藉此界定該可調節堆芯之一長度，其中該長度對應於該可調節堆芯之一預定功率輸出。
條項5：  如條項1至4中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元經組態以在該徑向方向及該軸向方向上容納額外單位胞元，藉此改變該可調節堆芯之該徑向尺寸及軸向尺寸，且其中改變該徑向尺寸及長度會進一步改變該可調節堆芯之該預定功率輸出。
條項6：  如條項1至5中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成與該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元相距一預定距離，其中該預定距離經特定組態以使得若一第一熱管發生故障，則徑向地鄰近該第一熱管之一第二熱管經組態以藉由將額外熱能自該堆芯轉移開而補償故障。
條項7：  如條項1至6中任一項之可調節堆芯，其中，該預定距離小於或等於2毫米。
條項8：  如條項1至7中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個熱管通道中之每一熱管通道實質上由該複數個燃料通道之至少一子集包圍。
條項9：  如條項1至8中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元進一步包括一減速劑通道，該減速劑通道經組態以容納一減速劑，該減速劑經組態以減慢由該燃料射出之中子。
條項10： 如條項1至9中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元及該複數個反應度控制胞元一體成形。
條項11： 如條項1至10中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元之該燃料通道包括一第一直徑，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元之該熱管通道包括一第二直徑，且其中該第一直徑及該第二直徑經選擇使得在一選定單位胞元之該複數個燃料通道內產生之熱係由該選定單位胞元之複數個熱管移除。
條項12： 如條項1至11中任一項之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元包括一個六邊形組態，且其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經配置成使得該複數個單位胞元共同地包括一個六邊形組態。
條項13： 一種用於核反應器之可調節堆芯總成，其中該可調節堆芯經組態以耦接至一反射器，該可調節堆芯總成包括：複數個反應度控制胞元，其中該複數個反應度控制胞元中之每一反應度控制胞元經組態以容納一反應度控制棒，該反應度控制棒包括一中子吸收材料；及複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元界定對應於該堆芯之一初始功率輸出之一徑向尺寸，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之燃料，且其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納一熱管，該熱管經組態以自該堆芯將熱能轉移開；其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經模組化組態以在一徑向方向上耦接至該複數個單位胞元中之一鄰近單位胞元，藉此改變該徑向尺寸，其中改變的徑向尺寸對應於該堆芯之一經調節功率輸出，且其中該堆芯之該經調節功率輸出不同於該堆芯之該初始功率輸出。
條項14： 如條項13之可調節堆芯總成，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元相對於該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元以一預定間距定向。
條項15： 如條項13或14之可調節堆芯總成，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成與該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元相距一預定距離，其中該預定距離經特定組態以使得若一第一熱管發生故障，則徑向地鄰近該第一熱管之一第二熱管經組態以藉由將額外熱能自該堆芯轉移開而補償故障。
條項16： 如條項13至15中任一項之可調節堆芯總成，其中，該預定距離小於或等於2毫米。
條項17： 一種調節核反應器之堆芯的功率輸出之方法，其中該堆芯包括複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之一燃料，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納一熱管，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，其中該複數個單位胞元中之單位胞元之一初始數目對應於該堆芯之一初始功率輸出，該方法包括：至少部分地基於該堆芯之一所要功率輸出來判定燃料之一量，其中該堆芯之該所要功率輸出對應於該核反應器之一預期應用；至少部分地基於該堆芯之一預定要求來判定熱管之數目，其中該堆芯之該預定要求係至少部分地基於該核反應器之該預期應用；至少部分地基於對該所要功率輸出對應的燃料之經判定量及對應於該預定要求之熱管之經判定數目來判定單位胞元之數目；及機械地改變該複數個單位胞元，使得單位胞元之該初始數目變為單位胞元之經判定數目，藉此改變該堆芯使得該堆芯之該初始功率輸出變為該堆芯之該所要功率輸出。
條項18： 如條項17之方法，其中，該堆芯進一步包括複數個反應度控制胞元，該複數個反應度控制胞元經組態以容納一反應度控制棒，該反應度控制棒包括一中子吸收材料，且其中該方法進一步包括：至少部分地基於該堆芯之該所要功率輸出及該堆芯之一第二預定要求來判定反應度控制棒之數目，其中該堆芯之該第二預定要求係至少部分地基於該核反應器之該預期應用；至少部分地基於反應度控制棒之經判定數目來判定反應度控制胞元之數目；及將經判定數目個反應度控制胞元機械地散置在該複數個單位胞元中。
條項19： 如條項17或18之方法，其進一步包括：至少部分地基於該堆芯之一熱要求來判定該複數個單位胞元中之鄰近單位胞元之間的一間隙，其中該堆芯之該熱要求對應於該核反應器之該預期應用；且機械地改變該複數個單位胞元，使得該複數個單位胞元中之鄰近單位胞元之間的距離小於或等於鄰近單位胞元之間的經判定間隙。
條項20：如條項17至19中任一項之方法，其中，機械地改變該複數個單位胞元進一步包括將一額外單位胞元機械地耦接至該複數個單位胞元中之一現有單位胞元，藉此增加單位胞元之該初始數目。
本文中所提及的所有專利、專利申請案、公開案或其他揭示材料皆特此以全文引用之方式併入，如同每一個別參考文獻分別以引用方式明確地併入一般。據稱以引用之方式併入本文中的所有參考文獻及其任何材料或其部分僅在併入之材料不會與本揭示中所闡述之現有定義、陳述或其他揭示材料矛盾之程度上併入本文中。因而且在必要程度上，如本文中所闡述之揭示內容取代以引用方式併入本文中之任何矛盾的材料及在本申請案對照中明確闡述之揭示內容。
已參考各種例示性及說明性態樣描述本發明。本文中所描述之態樣應理解為提供本發明之各種態樣之不同細節的說明性特徵；且因此，除非另外指定，否則應理解，在可能之情況下，所揭示態樣之一或多個特徵、元件、組件、組份、成份、結構、模組及/或態樣可與或相對於所揭示態樣之一或多個其他特徵、元件、組件、組份、成份、結構、模組及/或態樣組合、分開、互換及/或重新配置，而不脫離本發明之範圍。因此，一般熟悉本技藝者將認識到，可在不脫離本發明範圍之情況下作例示性態樣中之任一者的各種替代、修改或組合。此外，熟悉本技藝者將認識到或能夠在審閱本說明書後僅使用常規實驗確定本文中所描述之本發明之各種態樣的許多等效物。因此，本發明不受各種態樣之描述限制，而是受申請專利範圍限制。
熟習該項技藝者應明白，通常，本文中且特別是在所附申請專利範圍(例如，所附申請專利範圍的主體)中使用的術語通常係指「開放性(open)」術語(例如，術語「包括(including)」應解釋為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解釋為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解釋為「包括但不限於」等)。熟習該項技藝者將更瞭解，如果意欲特定數量的所引用請求項陳述(claim recitation)，則在申請專利範圍中明確陳述此意圖，而在沒有此陳述的情況下，則此意欲就不存在。例如，為了幫助瞭解，隨後所附申請專利範圍可包含引用片語「至少一個(at least one)」和「一或多個(one or more)」的使用以引用請求項陳述。然而，此類片語的使用不應詮釋以暗示請求項陳述中引用不定冠詞「一(a)」或「一個(an)」對包含此所引用請求項陳述的任何特定請求項限制為僅含一此種陳述的請求項，即使當相同請求項包括引用片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一」或「一個」的不定冠詞(例如，「一」及/或「一個」通常應解釋為意指「至少一個」或「一或多個」)；對用於引入請求項陳述的定冠詞使用亦是如此。
此外，即使明確陳述一特定數量的所引用請求項陳述，熟習該項技藝者將明白，此類陳述通常應解釋成至少意指所陳述的數目(例如，沒有其他修飾語之「兩陳述」的真實陳述通常意指至少兩陳述，或兩或多於兩個陳述)。此外，在使用類似於「A、B及C等中之至少一者」 的習用語的此類情況下，通常此語法結構為熟習該項技藝者所能夠理解習用語的意義(例如，「一種具有A、B及C中之至少一者的系統」將包括但不限於僅具A、僅具B、僅具C、結合A及B、結合A及C、結合B及C、及/或結合A、B及C等的系統)。在使用類似於「A、B或C等中之至少一者」 的習用語的此類情況下，通常此語法結構為熟習該項技藝者所能夠理解習用語的意義(例如，「一種具有A、B或C中之至少一者的系統」將包括但不限於僅具A、僅具B、僅具C、結合A及B、結合A及C、結合B及C、及/或結合A、B及C等的系統)。熟習該項技藝者將更瞭解到，無論是在實施方式、申請專利範圍或圖式中，通常代表兩或多個替代性用語的選擇性字及/或用語都應理解成，除非另有特別說明，否則考慮包括多個用語之一者、多個用語之任一者、或兩用語的可能性。例如，用語「A或B」將通常瞭解為包括「A」或「B」或「A和B」的可能性。
關於所附申請專利範圍，熟習該項技藝者應明白，其中所列舉的操作通常可採用任何順序執行。而且，雖然請求項陳述係順序示出，但是應瞭解，可採用所說明者以外的其他順序來執行各種操作；或者，可同時執行各種操作。除非另有特別說明，否則這些替代排序的實例可包括重疊、交錯、中斷、重新排序、遞增、準備、補充、同時、反向或其他變異排序。此外，除非另有特別說明，否則諸如「隨著」、「關於」或其他過去式形容詞之類的用語通常未受到排除這類變異形式。
值得注意，「一種態樣」、「一態樣」、「一示例」、「一種示例」等的任何參考意味著一結合態樣描述的特定特徵、結構或特性包括在至少一態樣中。因此，在整個說明書中各處出現的用語「在一種態樣」、「在一態樣」、「在一示例」和「在一種示例」不必然都意指相同態樣。此外，在一或多個態樣中可採用任何適當方式組合多個特定特徵、結構或特性。
除非上下文另外清楚地規定，否則如本文中所使用之單數形式「一(a)」、「一個(an)」及「該(the)」包括複數個參考物。
除非另外明確地陳述，否則本文中所使用之方向性片語，諸如但不限於頂部、底部、左、右、下部、上部、前部、背部及其變化形式，應關於附圖中所展示之元件之定向且不對申請專利範圍造成限制。
除非另有特別說明，否則本發明中使用的用語「約」或「概略」意指一特定值憑藉熟悉技藝人士所確定的可接受誤差，該誤差部分取決於數值的測量或確定方式。在某些態樣中，用語「約」或「概略」意指在1、2、3或4個標準偏差內。在某些態樣中，用語「約」或「概略」意指在一給定值或範圍的50%、200%、105%、100%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%或0.05%內。
在本說明書中，除非特別說明，否則所有數值參數應理解為在所有情況下均通過用語「約」作為開頭和修飾，其中數值參數具有用於確定參數數值的基礎測量技術的固有可變性特徵。最起碼而言，且不試圖將均等論的應用限制於申請專利範圍的範疇，本說明書描述的每個數值參數應至少根據所列舉有效數字的數目並通過應用普通四捨五入技術來詮釋。
本說明書列舉的任何數值範圍包括在列舉範圍內所涵蓋的全部子範圍。例如，範圍「1到100」包括介於(且包括)所列舉最小值1和所列舉最大值100之間(即是，具有等於或大於1的最小值和等於或小於100的最大值)的所有子範圍。而且，本說明書所列舉的全部範圍包含所列舉範圍的端點。例如，範圍「1到100」包括端點1和100。本說明書中列舉的任何最大數值限制旨在包括其中所涵蓋的全部較低數值限制，且本說明書中列舉的任何最小數值限制旨在包括其中所涵蓋的全部較高數值限制。因此，申請人保留修改本說明書(包括申請專利範圍)的權利，以明確列舉涵蓋在明確列舉範圍內的任何子範圍。本說明書本質上描述所有這些範圍。
在本說明書中所參考及/或在任何申請資料表(Application Data Sheet)中所列出的任何專利申請案、專利案、非專利公開案或其他揭露文獻併入本說明書供參考，在某種程度上，併入的文獻與本說明書不相矛盾。因此，在必要的程度上，本說明書明確闡述的揭露內容係取代併入本說明書供參考的任何矛盾文獻。併入本說明書供參考但與本說明書闡述的現有定義、聲明或其他揭露文獻相矛盾的任何文獻或其部分，將僅以所併入文獻與現有揭露文獻之間不發生矛盾的程度併入。
多個用語「包含(comprise)」(及任何形式的包含，諸如「包含(comprises)」和「包含(comprising)」)、「具有(have)」(及任何形式的具有，諸如「具有(has)」和「具有(having)」)、「包括(include)」(及任何形式的包括，諸如「包括(includes)」和「包括(including)」)和「含有(contain)」(及任何形式的含有，諸如「含有(contains)」和「含有(containing)」)都是非限定開放式連綴動詞。因此，一種「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個元件的系統擁有這類一或多個元件，但不限於僅擁有這類一或多個元件。同樣地，一種「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個特徵的系統、裝置或設備的元件擁有這類一或多個特徵，但不限於僅擁有這類一或多個特徵。
100:堆芯 102:單位胞元 104:反應度控制胞元 106:反射器 108:控制鼓 109:伽瑪屏蔽件 110:燃料通道 111,113,115:內部組件 112:熱管通道 117:外部護罩 200:方法 202,204,206,208:步驟 D1:軸向方向、第一直徑 D2:徑向方向、第二直徑 G:間隙 L:長度 L':額外長度 R:徑向尺寸
隨後所附申請專利範圍中特別闡述本說明書所述態樣的各種特徵。然而，根據以下結合如下附圖的實施方式可瞭解組織和操作方法的各種態樣、以及其優點：
圖1繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，可經修改以調節核反應器之輸出的堆芯設計之透視圖。
圖2繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1的可調節堆芯設計之俯視圖。
圖3繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1及圖2的可調節堆芯設計之單位胞元的俯視圖。
圖4A繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖3的單位胞元之透視圖。
圖4B繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1及圖2的堆芯之反射器組態之透視圖。
圖4C繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖3的單位胞元之俯視圖。
圖5繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1至圖4的可調節堆芯之透視圖。
圖6繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1至圖5的堆芯之剖切透視圖。
圖7A及圖7B繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1至圖6的堆芯之至少一部分的溫度分佈。
圖8A及圖8B繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，圖1至圖6的堆芯之至少一部分中之應力分佈與習知的單體堆芯中之應力分佈的比較。
圖9A至圖9C繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，用於圖1至圖6的堆芯之最大預期功率位準的預期溫度及應力分佈。
圖10繪示根據本發明之至少一個非限制性態樣，調節核反應器的堆芯之功率輸出之方法。
對應參考字符表示在所有圖式中的對應部件。本說明書闡述的示例係採用一形式以說明本發明的各種態樣，且這些示例不應被詮釋為以任何方式限制本發明的範疇。
100:堆芯
102:單位胞元
104:反應度控制胞元
106:反射器
108:控制鼓
D1:軸向方向、第一直徑
L:長度

Claims (20)

  1. 一種用於核反應器之可調節堆芯，其經組態以耦接至一反射器，該反射器經組態以容納一反射材料，該可調節堆芯包含：複數個反應度控制胞元，其中該複數個反應度控制胞元中之每一反應度控制胞元包含一反應度控制棒界面，該反應度控制棒界面經組態以容納包含一中子吸收材料之一反應度控制棒；及複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元包含經組態以容納燃料之複數個燃料通道，其中該複數個單位胞元中之每一胞元包含經組態以容納一熱管之複數個熱管通道，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，且其中該複數個燃料通道中的燃料通道數目大於該複數個熱管通道中的熱管通道數目；其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成在一徑向方向上鄰近該複數個單位胞元中之另一單位胞元，藉此界定該可調節堆芯之一徑向尺寸，其中該徑向尺寸對應於該可調節堆芯之一預定功率輸出。
  2. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元相對於該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元以一預定間距定向，且其中該預定間距對應於該可調節堆芯之該預定功率輸出。
  3. 如請求項2之可調節堆芯，其中，該預定間距大於或等於150毫米且小於或等於250毫米。
  4. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態成在一軸向方向上鄰近該複數個單位胞元中之另一單位胞元，藉此界定該可調節堆芯之一長度，其中該長度對應於該可 調節堆芯之一預定功率輸出。
  5. 如請求項4之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元經組態以在該徑向方向及該軸向方向上容納額外單位胞元，藉此改變該可調節堆芯之該徑向尺寸及軸向尺寸，且其中改變該徑向尺寸及長度會進一步改變該可調節堆芯之該預定功率輸出。
  6. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成與該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元相距一預定距離，其中該預定距離經特定組態以使得若一第一熱管發生故障，則徑向地鄰近該第一熱管之一第二熱管經組態以藉由將額外熱能自該堆芯轉移開而補償故障。
  7. 如請求項6之可調節堆芯，其中，該預定距離小於或等於2毫米。
  8. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個熱管通道中之每一熱管通道實質上由該複數個燃料通道之至少一子集包圍。
  9. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元進一步包含一減速劑通道，該減速劑通道經組態以容納一減速劑，該減速劑經組態以減慢由該燃料射出之中子。
  10. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元及該複數個反應度控制胞元一體成形。
  11. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元之該燃料通道包含一第一直徑，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元之該熱管通道包含一第二直徑，且其中該第一直徑及該第二直徑經選擇使得在一選定單位胞元之該複數個燃料通道內產生之熱係由該選定單位胞元之複數個熱管移除。
  12. 如請求項1之可調節堆芯，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元包含一個六邊形組態，且其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經配置成使得該複數個單位胞元共同地包含一個六邊形組態。
  13. 一種用於核反應器之可調節堆芯總成，其中該可調節堆芯經組態以耦接至一反射器，該可調節堆芯總成包含：複數個反應度控制胞元，其中該複數個反應度控制胞元中之每一反應度控制胞元經組態以容納一反應度控制棒，該反應度控制棒包含一中子吸收材料；及複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元界定對應於該堆芯之一初始功率輸出之一徑向尺寸，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之燃料，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納一熱管，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，且其中該複數個燃料通道中的燃料通道數目大於該複數個熱管通道中的熱管通道數目；其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經模組化地組態以在一徑向方向上耦接至該複數個單位胞元中之一鄰近單位胞元，藉此改變該徑向尺寸，其中改變的徑向尺寸對應於該堆芯之一經調節功率輸出，且其中該堆芯之該經調節功率輸出不同於該堆芯之該初始功率輸出。
  14. 如請求項13之可調節堆芯總成，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元相對於該複數個單位胞元中之一徑向鄰近的單位胞元以一預定間距定向。
  15. 如請求項13之可調節堆芯總成，其中，該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以配置成與該複數個單位胞元中之一徑 向鄰近的單位胞元相距一預定距離，其中該預定距離經特定組態以使得若一第一熱管發生故障，則徑向地鄰近該第一熱管之一第二熱管經組態以藉由將額外熱能自該堆芯轉移開而補償故障。
  16. 如請求項15之可調節堆芯總成，其中，該預定距離小於或等於2毫米。
  17. 一種調節核反應器之堆芯的功率輸出之方法，其中該堆芯包含複數個單位胞元，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納經組態以產生能量之燃料，其中該複數個單位胞元中之每一單位胞元經組態以容納一熱管，該熱管經組態以將熱能自該堆芯轉移開，其中該複數個單位胞元中之單位胞元之一初始數目對應於該堆芯之一初始功率輸出，該方法包含：至少部分地基於該堆芯之一所要功率輸出來判定燃料之一量，其中該堆芯之該所要功率輸出對應於該核反應器之一預期應用；至少部分地基於該堆芯之一預定要求來判定熱管之數目，其中該堆芯之該預定要求係至少部分地基於該核反應器之該預期應用；至少部分地基於對應於該所要功率輸出之燃料之經判定量及對應於該預定要求之熱管之經判定數目來判定單位胞元之數目，其中每一單位胞元包含複數個燃料通道及複數個熱管通道，且其中該複數個燃料通道中的燃料通道數目大於該複數個熱管通道中的熱管通道數目；及機械地改變該複數個單位胞元，使得單位胞元之該初始數目變為單位胞元之經判定數目，藉此改變該堆芯使得該堆芯之該初始功率輸出變為該堆芯之該所要功率輸出。
  18. 如請求項17之方法，其中該堆芯進一步包含複數個反應度控制胞元，該複數個反應度控制胞元經組態以容納一反應度控制 棒，該反應度控制棒包含一中子吸收材料，且其中該方法進一步包含：至少部分地基於該堆芯之該所要功率輸出及該堆芯之一第二預定要求來判定反應度控制棒之數目，其中該堆芯之該第二預定要求係至少部分地基於該核反應器之該預期應用；至少部分地基於反應度控制棒之經判定數目來判定反應度控制胞元之數目；及將經判定數目個反應度控制胞元機械地散置在該複數個單位胞元中。
  19. 如請求項17之方法，其進一步包含：至少部分地基於該堆芯之一熱要求來判定該複數個單位胞元中之鄰近單位胞元之間的一間隙，其中該堆芯之該熱要求對應於該核反應器之該預期應用；及機械地改變該複數個單位胞元，使得該複數個單位胞元中之鄰近單位胞元之間的距離小於或等於鄰近單位胞元之間的經判定間隙。
  20. 如請求項17之方法，其中機械地改變該複數個單位胞元進一步包含將一額外單位胞元機械地耦接至該複數個單位胞元中之一現有單位胞元，藉此增加單位胞元之該初始數目。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117153435B (zh) * 2023-09-01 2024-06-04 华能核能技术研究院有限公司 一种热管集成高温反应堆

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130156143A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Billy E. Bingham Emergency core cooling system (eccs) for nuclear reactor employing closed heat transfer pathways
TW201330004A (zh) * 2011-12-28 2013-07-16 Ge Hitachi Nucl Energy America 透過一核反應器處理照射標的之系統及方法
JP2015072223A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 Ｎｉｎｅ Ｓｔａｒ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｊａｐａｎ株式会社 原子炉
US20180226159A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Battelle Energy Alliance, Llc Modular nuclear reactors, fuel structures, and related methods

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160329113A1 (en) 2013-12-06 2016-11-10 Stc.Unm SLIMM-Scalable Liquid Metal Cooled Small Modular Reactor
JP5838511B2 (ja) 2014-03-25 2016-01-06 株式会社 シー・アール・ワイ 原子炉
JP6633471B2 (ja) 2016-08-01 2020-01-22 株式会社東芝 原子炉および原子炉の熱除去方法
US10910116B2 (en) * 2017-03-16 2021-02-02 Battelle Energy Alliance, Llc Nuclear reactors including heat exchangers and heat pipes extending from a core of the nuclear reactor into the heat exchanger and related methods
WO2020223604A1 (en) * 2019-05-02 2020-11-05 BWXT Advanced Technologies LLC Small modular mobile fission reactor
JP2023517308A (ja) * 2020-03-03 2023-04-25 ウェスティングハウス エレクトリック カンパニー エルエルシー マイクロ原子炉においてコンパクトであってより高い出力密度のコアを可能にする高温ハイドライド減速材
CN111968764A (zh) * 2020-08-22 2020-11-20 西安交通大学 再压缩布雷顿循环的液态核燃料热管反应堆电源系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130156143A1 (en) * 2011-12-14 2013-06-20 Billy E. Bingham Emergency core cooling system (eccs) for nuclear reactor employing closed heat transfer pathways
TW201330004A (zh) * 2011-12-28 2013-07-16 Ge Hitachi Nucl Energy America 透過一核反應器處理照射標的之系統及方法
JP2015072223A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 Ｎｉｎｅ Ｓｔａｒ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｊａｐａｎ株式会社 原子炉
US20180226159A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Battelle Energy Alliance, Llc Modular nuclear reactors, fuel structures, and related methods

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