[发明专利]超高比功率热中子钍增殖堆装置及增殖核燃料的方法

权利要求书

1.一种超高比功率热中子钍增殖堆装置，包含：

一反应堆堆芯，该反应堆堆芯为一组扇形片状石墨燃料球床；

一高温液态金属载热剂中心流道，用于导出反应堆堆芯生产的裂变和核能，该高温液态金属载热剂中心流道位于热中子钍增殖装置的中心；

一低温液态金属载热剂下降流道，该下降流道位于反应堆堆芯的外侧；

一石墨反射层，该石墨反射层为空心环形结构，从上下左右四面环绕反应堆堆芯及其外侧的低温液态金属载热剂下降流道；

一熔盐增殖层，该熔盐增殖层为一石墨扇片形中空结构，其中的空腔内充满含钍融盐作为核肥料，该熔盐增殖层与石墨反射层交叉排列；

一Bi-Li萃取器，该Bi-Li萃取器是辐照后核肥料钍与Pa-233的萃取装置，位于熔盐增殖层的外侧；

一Bi-Li萃取器连接管道，与堆外的Pa-233储存衰变分离器相连接，在Pa-233储存衰变分离器中Pa-233衰变为U-233。

2.如权利要求1所述的超高比功率热中子钍增殖堆装置，其中反应堆堆芯内装有含铀核燃料石墨球，该含铀核燃料石墨球由自外向内横向流过环状球床的液态金属载热剂冷却。

3.如权利要求2所述的超高比功率热中子钍增殖堆装置，其中反应堆堆芯内的含铀核燃料石墨球内部分为三层：最外层为一石墨外壳，其次一层为含铀核燃料包覆颗粒与石墨的混合烧结体，最内为纯石墨球芯。

4.一种超高比功率热中子钍增殖堆增殖核燃料的方法，该方法是采用权利要求1所述的装置，其中采用液态金属冷却一个包含包覆颗粒核燃料的石墨球床堆芯，使核燃料在超过20MW/kg的超高比功率下运行，其燃料倍增期减低到2年以下，该方法包括如下步骤；

步骤1：在一个以铀作为核燃料的反应堆堆芯内进行裂变反应，生产剩余中子；

步骤2：在一个石墨反射层内，使泄漏出反应堆堆芯的剩余中子慢化，一部分返回反应堆堆芯，降低其临界质量，一部分向外泄漏，进入含钍熔盐的熔盐增殖层生产新的核燃料；

步骤3：在一个以钍作为核肥料的熔盐增殖层内，使钍俘获中子产生Pa-233：

步骤4：在一个辐照后核肥料钍与Bi-Li萃取器内将辐照后的含钍熔盐中的Pa-233与含钍熔盐分离；

步骤5：在一个Pa-233储存衰变分离器内使Pa-233衰变为U-233并加以分离与提纯；

步骤6：在一个核燃料制备装置内将提纯后的U-233制成新的增殖堆核燃料。

5.如权利要求4所述的超高比功率热中子钍增殖堆增殖核燃料的方法，其中含铀反应堆堆芯内装载的裂变物质为：以富集U-235为核心的包覆颗粒燃料构成的石墨球。

6.如权利要求5所述的超高比功率热中子钍增殖堆增殖核燃料的方法，其中含铀反应堆堆芯装载的裂变物质为：以U-233为核心的包覆颗粒燃料构成的石墨球。

7.如权利要求6所述的超高比功率热中子钍增殖堆增殖核燃料的方法，其中反应堆堆芯由一组扇形片状石墨燃料球床与位于其中心的液态金属载热剂流道构成。

8.如权利要求7所述的超高比功率热中子钍增殖堆增殖核燃料的方法，其中反应堆堆芯内的含铀核燃料石墨球由自外向内横向流过该反应堆堆芯的液态金属载热剂冷却。

9.如权利要求8所述的超高比功率热中子钍增殖堆增殖核燃料的方法，其中反应堆堆芯内的含铀核燃料石墨球内部分为三层：最外层为一石墨外壳，其次一层为含铀核燃料包覆颗粒与石墨的混合烧结体，最内为纯石墨球芯。