TWI810732B - 用於微型反應器之由基於鈹（Ｂｅ或ＢｅＯ或Ｂｅ２Ｃ）之套筒包圍的燃料丸/壓塊 - Google Patents

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Abstract

揭示一種反應器單位晶胞，其包括石墨緩和劑結構、定位於該石墨緩和劑結構中之熱管及定位於該石墨緩和劑結構中之燃料整件。該燃料整件包含氧化鈹套筒及定位於該氧化鈹套筒中之核燃料。

Description

用於微型反應器之由基於鈹(Be或BeO或Be2C)之套筒包圍的燃料丸/壓塊
本發明大體上係關於核反應器，諸如小型模組反應器(SMR)及微型反應器。
電力能源市場可分成集中式及分散式。集中市場係基於大型(在數百個MWe範圍內)功率產生器及高容量密集輸配電網路。分散式(decentralized)或離網型(off-grid)市場取而代之依賴於一般連接至小型局部分佈式網路或微型網格之緊密功率產生器(＜15 MWe)。目前，偏遠的北極社區、偏遠礦場、軍事基地及島嶼社區係分散式市場之實施例。當前，離網型市場中之能量主要係由柴油產生器提供。此導致高電力成本、化石燃料依賴、負荷限制、複雜的燃料供應物流及老化的基礎設施。離網型市場的嚴格要求包括可購性、可靠性、靈活性、彈性、持續性(潔淨能源)、能源安全姓、及快速安裝及最小維修工作。所有此等需求皆可用核能解決。
微型反應器為能夠產生小於10MWe且能夠部署以供遠程應用的核反應器。此等微型反應器可封裝於相對較小集裝箱中，在無人員主動參與之情況下操作，且與習知核動力板相比在不更換燃料/置換之情況下操作更長時段。
一個此類微型反應器為由西屋電氣公司(Westinghouse Electric Company)設計之eVinci微反應器系統。此等微型反應器可封裝於相對較小集裝箱中，在無人員主動參與之情況下操作，且與習知核動力板相比在不更換燃料/置換之情況下操作更長時段。微型反應器之其他實施例描述於共同擁有之美國臨時申請案公開案第62/984,591號，標題為「在核微型反應器中實現緊密且較高功率密度核心之高溫氫化物緩和劑(HIGH TEMPERATURE HYDRIDE MODERATOR ENABLING COMPACT AND HIGHER POWER DENSITY CORES IN NUCLEAR MICRO-REACTORS)」，以及美國專利申請案第14/773,405號，標題為「可移動熱管冷卻式快反應器系統(MOBILE HEAT PIPE COOLED FAST REACTOR SYSTEM)」，公佈為美國專利申請案公開案第2016/0027536號，該等公開案兩者特此以其全文引用之方式併入本文中。
參考圖1，提供例示性微型反應器100之橫截面圖。微型反應器100可包括核心102，其容納燃料、緩和劑通道、熱管及反應性控制通道(關機棒)。燃料可包封於核心102中，而熱管可在核心102外部延伸至微型反應器100之次級側以便允許提取由燃料產生之熱量。
在一個態樣中，核心102可由軸向及徑向反射器包圍。如圖1中所示，六個反應性控制鼓106可嵌入於徑向反射器118中。在各種其他具體例中，作為一實施例，核心102可由多於六個控制鼓106，諸如十二個控制鼓106包圍。控制鼓106中之每一者可包括反射零件108及吸收零件110。在使用時，控制鼓106可在反射位置與吸收位置之間旋轉，其中控制鼓之反射零件108面向單塊核心102，增大核心內之反應性，其中吸收零件110面向核心102，減小核心內之反應性。此等反射器可容納於複數個殼體內，該複數個殼體可包括結構容器112；中子吸收器容器122；及碳化硼、或γ、中子屏蔽件114。另外，氣隙116可設置於中子吸收器容器122與碳化硼屏蔽件114之間以用於屏蔽冷卻及γ屏蔽。所有此等組件可置放於外部結構罐120之內部。
根據技術及商業觀點，需要反應器核心符合多個準則。一個此類準則係反應器核心為中性可撓式且可與各種緩和劑組合一起使用，諸如精確地石墨緩和劑；具有氧化鈹(BeO)緩和劑接腳之石墨緩和劑，諸如描述於2020年10月26日提交的標題為「具有氧化鈹內含物之增強型石墨中子反射器」之共同擁有的美國專利申請案第17/080,241號中，該申請案特此以全文引用之方式併入本文中；或具有YHx或ZrHx緩和劑接腳之石墨緩和劑。另一準則係自熱機械觀點反應器核心為自給自足的，諸如當熱管失效時具有足夠彈性來減少熱移除。另一準則係反應器核心能夠支持可用製造能力。另一準則係反應器核心能夠與諸如徑向反射器(如控制鼓)之其他核心組件整合，以便形成緊密的反應器核心且可作為保持初始幾何形狀之單元輸送。另一準則係反應器核心能夠用於可輸送、固定及行動反應器。
除滿足上文所描述的標準之外，一些應用亦需要甚至更緊密之反應器核心大小。同時，需要簡化燃料搬置及反應器組裝。
除以上之外，一些核反應器利用三結構等向性(「TRISO」)燃料顆粒。在利用TRISO燃料之情況下，存在關於保護TRISO燃料免於若干金屬同位素由於擴散過程而自熱管遷移之問題。此等同位素(更特定言之，鎳)可損害TRISO顆粒中之碳化矽層，其可導致分裂產物及氣體自TRISO核心釋放。除上文所描述的關於反應器核心設計之準則以外，當考慮反應器設計時，燃料之量及與其相關聯之對應成本之最小化亦非常重要。
因此，將需要識別有助於解決上文所描述的技術問題及要求中之一些（若並非全部）且同時保留所研發之單位晶胞及核心設計的反應器核心修改。
在各種具體例中，揭示一種反應器單位晶胞，其包括一石墨緩和劑結構、定位於該石墨緩和劑結構中之一熱管及定位於該石墨緩和劑結構中之一燃料整件。該燃料整件包含氧化鈹套筒及定位於該氧化鈹套筒中之核燃料。
在各種具體例中，揭示一種反應器單位晶胞，其包括一石墨緩和劑基質、定位於該石墨緩和劑基質中之一熱管及定位於該石墨緩和劑基質中之複數個燃料整件。該複數個燃料整件包圍該熱管。該複數個燃料整件之至少一個燃料整件包括包含一基於鈹之材料的一套筒及定位於該套筒中之核燃料。
在各種具體例中，揭示一種核反應器核心，其包括複數個反應器單位晶胞。該等反應器單位晶胞中之至少一者包括一石墨緩和劑基質、定位於該石墨緩和劑基質中之複數個熱管及定位於該石墨緩和劑基質中之複數個燃料整件。該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包括經組構以將核燃料容納於其中之氧化鈹套筒。
本申請案主張2020年12月1日申請名稱為「用於微型反應器之由基於鈹(Be或BeO或Be2C)之套筒包圍的燃料丸/壓塊(FUEL PELLETS/COMPACTS SURROUNDED BY BERYLLIUM-BASED (Be or BeO or Be2C) SLEEVE FOR USE IN A MICRO-REACTOR)」之美國非臨時申請案第17/108,602號之權益，該申請案之內容特此以全文引用之方式併入本文中。
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。政府擁有本發明的某些權利。
闡述許多特定細節以提供對如本說明書中所描述且附圖中所說明之具體例之整體結構、功能、製造及使用的徹底理解。未詳細地描述熟知操作、組件及元件，以免混淆說明書中所描述的具體例。讀者將理解，本文中所描述及說明之具體例為非限制性實施例，且因此可瞭解本文中揭示之特定結構及功能細節可為代表性及說明性的。可對其作變化及改變而不脫離申請專利範圍之範疇。
現參考圖2，根據本發明之至少一個態樣，提供增強型反應器核心200之一部分。反應器核心200可包括在反應器核心200內相對於彼此鄰近地定位之複數個反應器單位晶胞202。在一個態樣中，反應器單位晶胞202可類似於上文以引用之方式併入之美國臨時申請案第62/984,591號中所描述的反應器核心區塊。雖然展示及描述五個反應器單位晶胞202，但應理解，任何數目個反應器單位晶胞202可包括在反應器核心200內。
在各種具體例中，反應器單位晶胞202中之每一者可包括石墨緩和劑結構或基質204。在一個態樣中，石墨緩和劑結構204可具有整體構造。在另一態樣中，石墨緩和劑結構204可包含組裝在一起以形成石墨緩和劑結構204之複數個較小石墨支撐結構組件。石墨緩和劑結構204可界定複數個通道206，其可設定大小以將複數個熱管208及複數個燃料整件210容納於其中，如將在下文更詳細地描述。如圖2中所示，僅將幾個通道206、熱管208及燃料整件210指向。
如圖2中所示，石墨支撐結構204中之通道206可經配置以使得複數個燃料整件210包圍單個熱管208。作為一個實施例，如圖2中所示，通道206可經配置以使得六個燃料整件210包圍一個熱管208。設想多於六個燃料整件210包圍一個熱管208，諸如八個、十個或十二個燃料整件210之其他具體例。設想少於六個燃料整件210包圍一個熱管208，諸如五個、四個或三個燃料整件210之其他實施例具體例。在一個實施例具體例中，每反應器單位晶胞的燃料整件210之數目比熱管208之數目可為24:7，如圖2中所示。作為實施例，設想燃料整件210之數目比熱管208之數目大於24: 7，諸如約4:1、5:1、6:1或7:1的其他實施例具體例。作為實施例，設想燃料整件210之數目比熱管208之數目小於24:7，諸如約3:1、2.5:1或2:1的其他實施例具體例。設想通道206經佈置以使得複數個燃料整件210包圍多於一個熱管208之其他實施例具體例。
現參考圖2及圖3，燃料整件210中之每一者可包括圓柱形套筒212，其可定位於由石墨緩和劑結構204界定之通道206中。另外，燃料整件210中之每一者可包括定位於套筒212內之核燃料214。在各種具體例中，套筒212定位於通道206中以使得套筒212之至少一部分藉由通道206徑向地涵蓋，而套筒212之另一部分可不藉由通道206徑向地涵蓋。換言之，套筒212可定位於通道206中以使得套筒212的至少一部分徑向地涵蓋於石墨支撐結構204內而套筒212的另一部分延伸超出石墨支撐結構204。在各種其他具體例中，諸如圖3中所示，套筒212可定位於通道206中以使得套筒212完全由通道206徑向地涵蓋。
在各種具體例中，作為實施例，套筒212可包含基於鈹之材料，諸如氧化鈹(BeO)或碳化鈹(Be2C)。自中子物理學觀點來看，圍繞核燃料214定位基於鈹之套筒212極為有益。舉例而言，基於鈹之材料將中子緩和提供至核燃料214，以及為具有高於約1.8 MeV之能量的中子提供來自(n, 2n)反應之一些反應性貢獻。
在一個態樣中，套筒212之側壁216可具有壁厚度，其基於核燃料214之所需緩和以及反應器核心200內溫度梯度及應力之考慮而界定。在若干實施例具體例中，側壁216可具有在約0.15 cm至約0.4 cm之範圍內的壁厚度。作為實施例，設想側壁216厚度可大於0.4 cm，諸如0.5 cm、0.6 cm或0.7 cm之各種其他具體例。作為實施例，設想側壁216厚度可小於0.15 cm，諸如0.125 cm、0.1 cm或0.075 cm之各種其他具體例。
如圖3中最佳地展示，第一徑向間隙218可界定於套筒212之側壁216與石墨支撐結構204之通道206 (套筒212定位於其中)的內部邊緣220之間。在一個態樣中，第一徑向間隙218大小可基於輻射下之基於鈹之材料膨脹及石墨收縮及基於鈹之材料及石墨的相對熱膨脹之考慮因素來界定。在各種具體例中，第一徑向間隙218可在約0.1 cm至約0.2 cm之範圍內。作為實施例，設想第一徑向間隙218可大於0.2 cm，諸如0.25 cm、0.3 cm或0.4 cm之各種其他具體例。作為實施例，設想第一徑向間隙218可小於0.1 cm，諸如0.75 cm、0.5 cm或0.25 cm之各種其他具體例。
繼續參考圖2及圖3，如上文所提及，燃料整件210可包括定位於套筒212內之核燃料214。在各種具體例中，核燃料214可包含TRISO燃料。在各種具體例中，作為實施例，核燃料214可包括可在核反應器中使用之任何其他合適的核燃料，諸如基於鈾之燃料，如UN。如圖3中最佳地展示，第二徑向間隙222可界定於套筒212之側壁216與核燃料214之輻射邊緣224之間。在一個態樣中，第二徑向間隙222大小可基於燃料搬置及組裝製程之考慮因素以及輻射下之燃料緊密變化來界定。在各種具體例中，第二徑向間隙222可在約0.007 cm至約0.01 cm之範圍內。作為實施例，設想第二徑向間隙222可大於0.01 cm，諸如0.02 cm、0.025 cm或0.03 cm之各種其他具體例。作為實施例，設想第二徑向間隙222可小於0.007 cm，諸如0.006 cm、0.005 cm或0.004 cm之各種其他具體例。
如上文所論述，第一徑向間隙218可界定於套筒212之側壁216與石墨支撐結構204之通道216的內部邊緣220之間。類似地，如上文所論述，第二徑向間隙222可界定於套筒212之側壁216與核燃料214之徑向邊緣224之間。在一個態樣中，第一徑向間隙218大小與第二徑向間隙222大小之比可在約10:1至約30:1之範圍內。作為實施例，設想第一徑向間隙218大小與第二徑向間隙222大小的比可小於10:1，諸如9:1、7:1或5:1之各種其他具體例。作為實例，設想第一徑向間隙218大小與第二徑向222間隙大小的比可大於30:1，諸如32:1、35:1或40:1之各種其他具體例。
在一個態樣中，第一徑向間隙218及第二徑向間隙222可充滿氣體以維持間隙之大小，同時亦促進熱傳遞至燃料整件210之外。在一個實施例具體例中，第一徑向間隙218及第二徑向間隙222可填充有氦氣。設想第一徑向間隙218及第二徑向間隙222填充有可有助於促進熱傳遞至燃料整件210之外的任何合適氣體之各種其他具體例。
如圖3中所示，燃料整件210可進一步包括第一端蓋226及第二端蓋230。第一端蓋226及第二端蓋230可分別與套筒212之第一開口端228及套筒212之第二開口端232介接，以密封套筒212內之核燃料214。在各種具體例中，第一端蓋226及第二端蓋230可分別壓力密合至第一開口端228及第二開口端232中以密封套筒212內之核燃料214。在各種具體例中，第一端蓋226及第二端蓋230可分別焊接至第一開口端228及第二開口端232以密封套筒212內之核燃料214。在各種具體例中，第一端蓋226及第二端蓋230可分別抵靠第一開口端228及第二開口端232固持，以用閂鎖機構密封套筒212內之核燃料214。在各種具體例中，第一端蓋226及第二端蓋230可包含基於鈹之材料，諸如BeO或Be2C，作為實施例，以相對於核燃料214在軸向方向上提供與套筒212類似的益處。
另外，燃料整件210可進一步包括軸向反射器丸234，其可定位在第一端蓋226及第二端蓋230與核燃料214之軸向邊緣236之間。在一個態樣中，軸向反射器丸234可包含基於鈹之材料，諸如BeO或Be2C，作為實施例，以相對於核燃料214在軸向方向上提供與套筒212及端蓋226、230類似的益處。
已發現，上文所描述的基於鈹之套筒及本文所描述之其他修改提供優於先前技術之許多益處且滿足與反應器設計及燃料考慮因素相關之許多前述要求。先前，歸因於其低可用性及對應的高成本，尚未在反應器應用中考慮基於鈹之材料。另外，在反應器應用中尚未考慮基於鈹之材料，因為在大功率反應器應用中所見之高中性通量率引起基於鈹之材料的開裂及形狀改變。因此，較小產生器(如微型反應器)中所發現之較低中性通量率使得基於鈹之材料適合使用。
作為優於先前技術之益處的一個實施例，已發現上文所描述的增強使得燃料(諸如，TRISCO燃料，作為實例)減少約5%至12%。此減少轉化為活性燃料長度、反應器核心長度及核心及所有周圍組件之重量之減少。另外，亦已發現，使用3D熱機械分析與適當模型化之熱管物理行為，上文所描述的增強滿足核反應器系統之可接受燃料溫度範圍。核系統之效能亦滿足暫態條件下之安全性要求，且特定言之，滿足負力反應性係數。
此外，增強可保護諸如TRISO燃料之核燃料免於金屬同位素(諸如，鎳)可能自熱管以及反應器內之任何其他金屬組件(包括反應器儀器)遷移之影響。另外，基於鈹之套筒可促進反應器之組裝，為位於反應器之各燃料通道內的核燃料提供「容器」。根據以上提供的揭示內容，許多其他益處對於一般熟習本技藝者將容易地顯而易見。
在以下實施例中闡述本文中所描述之主題的各種態樣。
實施例1 - 一種反應器單位晶胞，其包含一石墨緩和劑結構、定位於該石墨緩和劑結構中之一熱管及定位於該石墨緩和劑結構中之一燃料整件，其中該燃料整件包含氧化鈹套筒及定位於該氧化鈹套筒中之核燃料。
實施例2 - 如實施例1之反應器單位晶胞，其中該燃料整件進一步包含定位於該氧化鈹套筒中之複數個氧化鈹丸。
實施例3 - 如實施例2之反應器單位晶胞，其中該燃料整件進一步包含可與該氧化鈹套筒耦接之一端蓋，且其中該等氧化鈹丸定位於該端蓋與該核燃料之間。
實施例4 - 如實施例1至3之反應器單位晶胞，其中一徑向間隙界定於該核燃料與該氧化鈹套筒之間。
實施例5 - 如實施例4之反應器單位晶胞，其中該徑向間隙包含氦氣。
實施例6 - 如實施例4或5之反應器單位晶胞，其中該徑向間隙在約0.007 cm至約0.01 cm之範圍內。
實施例7 - 如實施例1至6之反應器單位晶胞，其中一徑向間隙界定於該燃料整件與該石墨緩和劑結構之間。
實施例8 - 如實施例7之反應器單位晶胞，其中該徑向間隙包含氦氣。
實施例9 - 如實施例7或8之反應器單位晶胞，其中該徑向間隙在約0.1 cm至約0.2 cm之範圍內。
實施例10 - 如實施例1至9中之任一項之反應器單位晶胞，其中該氧化鈹套筒包含在約0.15 cm至約0.4 cm之範圍內的壁厚度。
實施例11 - 如實施例1至10中之任一項之反應器單位晶胞，其中該核燃料包含TRISO燃料。
實施例12 - 一種反應器單位晶胞，其包含一石墨緩和劑基質，定位於該石墨緩和劑基質中之一熱管及定位於該石墨緩和劑基質中之複數個燃料整件，其中該複數個燃料整件包圍該熱管，且其中該複數個燃料整件之至少一個燃料整件包含包含基於鈹之材料的一套筒及定位於該套筒中之核燃料。
實施例13 - 如實施例12之反應器單位晶胞，其中該至少一個燃料整件進一步包含包含一基於鈹之材料的複數個丸，且其中該等丸定位於該套筒中。
實施例14 - 如實施例13之反應器單位晶胞，其中該至少一個燃料整件進一步包含可與該套筒耦接之一端蓋，且其中該等丸定位於該端蓋與該核燃料之間。
實施例15 - 如實施例12至14中之任一項之反應器單位晶胞，其中一第一徑向間隙界定於該套筒與該石墨緩和劑基質之間，其中一第二徑向間隙界定於該核燃料與該套筒之間，且其中該第一徑向間隙不同於該第二徑向間隙。
實施例16 - 如實施例15之反應器單位晶胞，其中該第一徑向間隙在約0.1 cm至約0.2 cm之範圍內，且其中該第二徑向間隙在約0.007 cm至約0.1 cm之範圍內。
實施例17 - 如實施例15或16之反應器單位晶胞，其中該第一徑向間隙及該第二徑向間隙包含氦氣。
實例18 - 一種核反應器核心，其包含複數個反應器單位晶胞，其中該等反應器單位晶胞中之至少一者包含一石墨緩和劑基質、定位於該石墨緩和劑基質中之複數個熱管及定位於該石墨緩和劑基質中之複數個燃料整件，其中該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含經組構以將核燃料容納於其中之氧化鈹套筒。
實施例19 - 如實施例18之核反應器核心，其中一徑向間隙界定於該至少一個燃料整件與該石墨緩和劑基質之間。
實施例20 - 如實施例18或19之核反應器核心，其中該氧化鈹套筒包含在約0.15 cm至約0.4 cm之範圍內的壁厚度。
除非另有特定說明，否則如自前述揭示內容顯而易見，應瞭解貫穿前述揭示內容，使用術語諸如「處理」、「計算」、「運算」、「判定」、「顯示」或其類似者之論述係指電腦系統或類似電子計算裝置的運作及處理，將表示為電腦系統之暫存器及記憶體內的物理(電子)量的資料操縱及變換成類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其他此等資訊儲存、傳輸或顯示裝置內之物理量的其他資料。
一或多個組件在本文中可稱作「組構以」、「可組構以」、「可操作/操作以」、「調適/可調適」、「能夠」、「可符合/符合於」等。熟悉本技藝者將認識到，除非上下文另外要求，否則「組構以」可通常涵蓋主動狀態組件及/或非主動狀態組件及/或待命狀態組件。
熟悉本技藝者將認識到，一般本文中且尤其在隨附申請專利範圍中所使用之術語(例如，隨附申請專利範圍之主體)一般意欲作為「開放式(open)」術語(例如，術語「包括(including)」應解譯為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解譯為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解譯為「包括但不限於」等)。熟悉本技藝者將進一步理解，若希望存在特定數目的所引入申請專利範圍陳述，則此意圖將明確陳述於申請專利範圍中，且在無此陳述的情況下不存在此意圖。舉例而言，作為對理解之輔助，以下隨附申請專利範圍可含有介紹性片語「至少一個」及「一或多個」之使用以引入申請專利範圍陳述。然而，此類片語之使用不應被詮釋為暗示由不定冠詞「一(a或an)」對申請專利範圍陳述之引入將含有此類所引入申請專利範圍陳述之任何特定申請專利範圍限制於僅含有一個此類陳述的申請專利範圍，即使當同一申請專利範圍包括引入性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一(a或an)」之不定冠詞時(例如，「一(a及/或an)」應通常解譯為意謂「至少一個」或「一或多個」)；此情況同樣適用於用以引入申請專利範圍陳述之定冠詞的使用。
此外，即使明確地陳述特定數目之所引入申請專利範圍陳述，但熟悉本技藝者將認識到，此類陳述通常應解釋為意謂至少所陳述之數目(例如，不具有其他修飾語的無修飾陳述「兩個陳述」通常意謂至少兩個陳述或兩個或多於兩個陳述)。此外，在使用類似於「A、B及C中之至少一者等」之公約的彼等情況下, 一般這類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解公約之意義(例如，「具有A、B及C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起、及/或A、B及C一起等的系統)。在使用類似於「A、B或C中之至少一者等」之公約的彼等情況下，一般此類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解公約之意義(例如，「具有A、B或C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起等的系統)。熟悉本技藝者將進一步理解，除非上下文另外規定，否則無論在描述內容、申請專利範圍或圖式中，通常呈現兩個或多於兩個替代性術語之分離性字組及/或片語應理解為涵蓋包括該等術語中之一者、該等術語中之任一者或兩種術語之可能性。舉例而言，片語「A或B」應通常理解為包括「A」或「B」或「A及B」的可能性。
相對於隨附申請專利範圍，熟悉本技藝者將瞭解，其中所陳述的操作通常可以任何次序執行。此外，儘管各種操作流程圖按序列呈現，但應理解，各種操作可以與說明之次序不同的其他次序執行或可同時執行。除非上下文另外規定，否則此類替代次序之實施例可包括重疊、交錯、中斷、重新排序、遞增、預備、補充、同步、反向或其他變型次序。此外，除非上下文另外規定，否則如「回應於」、「與……相關」之術語或其他過去時態形容詞通常並不意欲排除此類變型。
值得注意，對「一個態樣」、「一態樣」、「一範例」、「一個範例」及其類似者之任何參考意謂結合該態樣所描述之特定特徵、結構或特性包括於至少一個態樣中。因此，片語「在一個態樣中，」、「在一態樣中」、「在一範例中」及「在一個範例中」貫穿本說明書在各處之出現未必皆參考同一態樣。此外，特定特徵、結構或特性可在一或多個態樣中以任何適合方式組合。
在本說明書中所參考及/或在任何申請資料表（Application Data Sheet）中所列出之任何專利申請案、專利、非專利公開案或其他揭示內容材料以引用之方式併入本文中，在某種程度上所併入之材料與本說明書不相矛盾。因而，且在必需之程度上，如本文中所明確說明之揭示內容取代以引用的方式併入本文中之任何矛盾材料。據稱以引用之方式併入本文中但與本文中所說明之現有定義、陳述或其他揭示內容材料相矛盾的任何材料或其部分將僅在彼併入之材料與現有揭示內容材料之間不出現矛盾的程度上併入。
術語「包含(comprise)」 (及包含之任何形式，諸如「包含(comprises)」及「包含(comprising)」)、「具有(have)」 (及具有之任何形式，諸如「具有(has)」及「具有(having)」)、「包括(include)」 (及包括之任何形式，諸如「包括(includes)」及「包括(including)」)以及「含有(contain)」 (及含有之任何形式，諸如「含有(contains)」及「含有(containing)」)為開放式連繫動詞。因此，「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個元件之系統擁有彼等一或多個元件，但不限於僅擁有彼等一或多個彼等元件。同樣，系統、構件、或設備之「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個特徵的元件擁有彼等一或多個特徵，但不限於僅擁有彼等一或多個特徵。
如本發明所使用，且除非另外規定，否則術語「實質上」、「約」或「概略」意謂如由熟悉本技藝者所判定之特定值的可接受誤差，其部分地視量測或判定該值之方式而定。在某些具體例中，術語「實質上」、「約」或「概略」意謂在1、2、3或4個標準差內。在某些具體例中，術語「實質上」、「約」或「概略」意謂在既定值或範圍之50%、20%、15%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%或0.05%內。
總體而言，已描述由採用本文中所描述之概念而產生的眾多益處。出於說明及描述之目的，已呈現一或多個形式之前述描述。其並非意欲為窮盡性的或限於所揭示之精確形式。根據上述教示，修改及變化為可能的。選擇及描述一或多個形式以說明原理及實際應用，從而使熟悉本技藝者能夠利用各種形式及適於所涵蓋之特定用途的各種修改。意欲特此提交之申請專利範圍定義總範疇。
100:微型反應器 102:核心 106:控制鼓 108:反射零件 110:吸收零件 112:結構容器 114:碳化硼屏蔽件 116:氣隙 118:徑向反射器 120:外部結構罐 122:中子吸收器容器 200:反應器核心 202:反應器單位晶胞 204:石墨緩和劑結構 206:通道 208:熱管 210:燃料整件 212:套筒 214:核燃料 216:側壁 218:第一徑向間隙 220:內部邊緣 222:第二徑向間隙 224:徑向邊緣 226:第一端蓋 228:第一開口端 230:第二端蓋 232:第二開口端 234:軸向反射器丸 236:軸向邊緣
可如下根據結合附圖進行之以下描述來理解本文中所描述之具體例的各種特徵連同其優點：
圖1說明例示性微型反應器。
圖2說明根據本發明之至少一個態樣的增強型反應器核心之複數個反應器單位晶胞。
圖3說明根據本發明之至少一個態樣之套筒殼體核燃料的側視圖。
貫穿若干視圖，對應元件符號指示對應零件。本文中所闡述之範例以一種形式說明本發明之各種具體例，且此類範例並不被詮釋為以任何方式限制本發明之範疇。
100:微型反應器
102:核心
106:控制鼓
108:反射零件
110:吸收零件
112:結構容器
114:碳化硼屏蔽件
116:氣隙
118:徑向反射器
120:外部結構罐
122:中子吸收器容器

Claims (20)

  1. 一種反應器單位晶胞，其包含：一石墨緩和劑結構；一熱管，其定位於該石墨緩和劑結構中；及一燃料整件，其定位於該石墨緩和劑結構中，其中該燃料整件包含：氧化鈹套筒；及核燃料，其定位於該氧化鈹套筒中，其中該氧化鈹套筒直接包圍該核燃料使得該氧化鈹套筒提供該核燃料保護，使該核燃料免於若干金屬同位素自該熱管遷移。
  2. 如請求項1之反應器單位晶胞，其中，該燃料整件進一步包含定位於該氧化鈹套筒中之複數個氧化鈹丸。
  3. 如請求項1之反應器單位晶胞，其中，該核燃料包含TRISO燃料。
  4. 一種反應器單位晶胞，其包含：一石墨緩和劑結構；一熱管，其定位於該石墨緩和劑結構中；及一燃料整件，其定位於該石墨緩和劑結構中，其中該燃料整件包含：一氧化鈹套筒；及核燃料，其定位於該氧化鈹套筒中；其中該燃料整件進一步包含定位於該氧化鈹套筒中之複數個氧化鈹丸；且其中該燃料整件進一步包含可與該氧化鈹套筒耦接之一端蓋，且其中該等氧化鈹丸定位於該端蓋與該核燃料之間。
  5. 一種反應器單位晶胞，其包含： 一石墨緩和劑結構；一熱管，其定位於該石墨緩和劑結構中；及一燃料整件，其定位於該石墨緩和劑結構中，其中該燃料整件包含：一氧化鈹套筒；及核燃料，其定位於該氧化鈹套筒中；其中該燃料整件進一步包含定位於該氧化鈹套筒中之複數個氧化鈹丸；且其中一徑向間隙界定於該核燃料與該氧化鈹套筒之間。
  6. 如請求項5之反應器單位晶胞，其中，該徑向間隙包含氦氣。
  7. 如請求項5之反應器單位晶胞，其中，該徑向間隙在約0.007cm至約0.01cm之範圍內。
  8. 一種反應器單位晶胞，其包含：一石墨緩和劑結構；一熱管，其定位於該石墨緩和劑結構中；及一燃料整件，其定位於該石墨緩和劑結構中，其中該燃料整件包含：一氧化鈹套筒；及核燃料，其定位於該氧化鈹套筒中；其中該燃料整件進一步包含定位於該氧化鈹套筒中之複數個氧化鈹丸；且其中，一徑向間隙界定於該燃料整件與該石墨緩和劑結構之間。
  9. 如請求項8之反應器單位晶胞，其中，該徑向間隙包含氦氣。
  10. 如請求項8之反應器單位晶胞，其中，該徑向間隙在約0.1cm至約0.2cm之範圍內。
  11. 一種反應器單位晶胞，其包含： 一石墨緩和劑結構；一熱管，其定位於該石墨緩和劑結構中；及一燃料整件，其定位於該石墨緩和劑結構中，其中該燃料整件包含：一氧化鈹套筒；及核燃料，其定位於該氧化鈹套筒中；其中該燃料整件進一步包含定位於該氧化鈹套筒中之複數個氧化鈹丸；且其中，該氧化鈹套筒包含在約0.15cm至約0.4cm之範圍內的壁厚度。
  12. 一種反應器單位晶胞，其包含：一石墨緩和劑基質；一熱管，其定位於該石墨緩和劑基質中；及複數個燃料整件，其定位於該石墨緩和劑基質中，其中該複數個燃料整件包圍該熱管，且其中該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含：一套筒，其包含一基於鈹之材料；及核燃料，其定位於該套筒中，其中該氧化鈹套筒直接包圍該核燃料使得該氧化鈹套筒提供該核燃料保護，使該核燃料免於若干金屬同位素自該熱管遷移。
  13. 如請求項12之反應器單位晶胞，其中，該至少一個燃料整件進一步包含包含一基於鈹之材料的複數個丸，且其中該等丸定位於該套筒中。
  14. 一種反應器單位晶胞，其包含：一石墨緩和劑基質；一熱管，其定位於該石墨緩和劑基質中；及複數個燃料整件，其定位於該石墨緩和劑基質中，其中該複數個燃料 整件包圍該熱管，且其中該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含：一套筒，其包含一基於鈹之材料；及核燃料，其定位於該套筒中；其中該至少一個燃料整件進一步包含包含一基於鈹之材料的複數個丸，且其中該等丸定位於該套筒中；且其中，該至少一個燃料整件進一步包含可與該套筒耦接之一端蓋，且其中該等丸定位於該端蓋與該核燃料之間。
  15. 一種反應器單位晶胞，其包含：一石墨緩和劑基質；一熱管，其定位於該石墨緩和劑基質中；及複數個燃料整件，其定位於該石墨緩和劑基質中，其中該複數個燃料整件包圍該熱管，且其中該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含：一套筒，其包含一基於鈹之材料；及核燃料，其定位於該套筒中，其中一第一徑向間隙界定於該套筒與該石墨緩和劑基質之間，其中一第二徑向間隙界定於該核燃料與該套筒之間，且其中該第一徑向間隙不同於該第二徑向間隙。
  16. 如請求項15之反應器單位晶胞，其中，該第一徑向間隙在約0.1cm至約0.2cm之範圍內，且其中該第二徑向間隙在約0.007cm至約0.1cm之範圍內。
  17. 如請求項15之反應器單位晶胞，其中，該第一徑向間隙及該第二徑向間隙包含氦氣。
  18. 一種核反應器核心，其包含：複數個反應器單位晶胞，其中，該等反應器單位晶胞中之至少一者包含： 一石墨緩和劑基質；複數個熱管，其定位於該石墨緩和劑基質中；及複數個燃料整件，其定位於該石墨緩和劑基質中，其中，該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含經組構以將核燃料容納於其中之氧化鈹套筒，其中該氧化鈹套筒直接包圍該至少一個燃料整件使得該氧化鈹套筒提供該至少一個燃料整件保護，使該至少一個燃料整件免於若干金屬同位素自該熱管遷移。
  19. 一種核反應器核心，其包含：複數個反應器單位晶胞，其中，該等反應器單位晶胞中之至少一者包含：一石墨緩和劑基質；複數個熱管其定位於該石墨緩和劑基質中；及複數個燃料整件，其定位於該石墨緩和劑基質中，其中該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含經組構以將核燃料容納於其中之氧化鈹套筒，且其中一徑向間隙界定於該至少一個燃料整件與該石墨緩和劑基質之間。
  20. 一種核反應器核心，其包含：複數個反應器單位晶胞，其中，該等反應器單位晶胞中之至少一者包含：一石墨緩和劑基質；複數個熱管其定位於該石墨緩和劑基質中；及複數個燃料整件，其定位於該石墨緩和劑基質中，其中該複數個燃料整件中之至少一個燃料整件包含經組構以將核燃料容納於其中之氧化鈹套筒，且其中該氧化鈹套筒包含在約0.15cm至約0.4cm之範圍內的壁厚度。
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