[发明专利]裂变反应堆的被动冷却

说明书

根据第一方面，提供了一种核裂变反应堆。核裂变反应堆包括堆芯、围绕堆芯的容器以及定位在容器外部的冷却系统。该冷却系统包括一个或多个结构，被配置为吸收从容器的外壁发射的热辐射。除了辐射之外，一个或多个结构基本未热耦合到所述容器。冷却系统还包括冷空气入口和热空气出口，定位成使得，在所述一个或多个结构上方、围绕和/或通过所述一个或多个结构，空气从所述冷空气入口流动至所述热空气出口。

技术领域

本公开涉及用于从核反应堆移除热量的完全被动机制。

背景技术

由于放射性裂变产物的继续衰变，核反应堆在关闭后继续产生大量热量。必须消除这种衰变热量，否则反应堆将升温到堆芯可能熔化而产生重大放射性事件的程度。这个功能非常关键，以至于多个冗余系统被设计到反应堆中，以使故障难以置信。

理想的热量消除系统不依赖于热量可以被转移到的散热器，其在能力上是有限的或可能变得无法获取。理想的散热片是具有基本无限能力的大气。然而，在不使用有源系统的情况下，将如此大量的热量转移到大气中的难度是相当大的，使得只有非常小的反应堆已经被设计成具有这种完全被动的热量消除系统。

使用熔盐或熔融金属冷却的反应堆可以安全地加热至超过700℃的温度而没有危险。这些高温使得利用通过反应堆容器本体的辐射热发射作为主要的热损失机制成为可能。已经提出了这种机制用于熔盐反应堆(例如，如http：//thorconpower.com/design/passive-decay-heat-cooling中所公开的)。这种方法适用于这种反应堆，因为它不能用于较低温度的水基反应堆，因为辐射热发射随着绝对温度的四次方增加。因此，高温反应堆比低温反应堆发射更多的辐射热量。

如果反应堆在地面以上并向大气开放，则辐射的热量将简单地消散到远处。然而，出于安全原因，这种布置是没有吸引力的，并且大多数现代反应堆都设计成坐落在地下坑中，或者至少被厚厚的外壳包围。因为辐射热无法逸出，那么挑战是如何处理辐射热。在上面提到的Thor-Con反应堆中，在包括反应堆的发射井的壁中的冷水循环系统被使用以消除热量。然而，该过程容易遭受与其他水基应急冷却系统相同的失败风险。

在反应堆容器外表面上的来自大气的空气的对流流动已经被提出作为被动冷却系统

(http：//gehitachiprism.com/what-is-prism/how-prism-works/)。然而，这要求与反应堆堆芯的尺寸和功率相比存在非常大的反应堆容器，因为空气对流是相对低效的热量消除系统，具有通常每度每平方米20瓦的能力。将散热片连接至容器的外部的可以提高性能，但不允许紧凑高功率反应堆的被动冷却。这种散热片此后称为厚散热片，反映出它们必须相对较厚以允许沿着散热片的显着的热传导这一事实，特别是当厚散热片的材料是高温钢时，诸如具有低的热传导率的不锈钢316。

因此保持对于完全被动的热量消除系统的需要，与简单地通过在具有或不具有散热片的容器上的对流来实现相比，该系统能够从核反应堆容器显著地消除更多的热量。

发明内容

对流空气流动和辐射热量损失的热量消除优势可以被结合起来，以获得比任何机制单独都高得多的热量消除功率。来自反应堆容器本体的辐射热量被吸收到大的表面区域的辐射吸热结构上，热量然后通过自然对流气流动从该大的表面区域的辐射吸热结构消除。为了方便起见，这些通用的大的表面区域的辐射吸热结构在下文中称为薄散热片，反映了它们不需要传导热量并因此可以任意薄的事实。

根据第一方面，提供了一种核裂变反应堆。核裂变反应堆包括堆芯、围绕堆芯的容器以及位于容器的外部的冷却系统。该冷却系统包括被配置为吸收从容器的外壁发射的热辐射的一个或多个结构。除了辐射之外，该结构基本未热耦合到容器。冷却系统还包括冷空气入口和热空气出口，定位成使得空气在一个或多个结构的上方、周围和/或通过一个或多个结构从冷空气入口流动至热空气出口。

本发明的另外的实施例在权利要求2等中限定。