[实用新型]一种千瓦级水下核反应堆电源

说明书

本实用新型涉及一种千瓦级水下核反应堆电源，包括燃料、控制鼓、径向反射层、安全棒通道、热管和轴向反射层；所述燃料为柱状的铀钼合金燃料，其中设置有安全棒通道和热管通道；所述热管围绕所述安全棒通道，插入所述热管通道中；所述径向反射层设置于所述燃料外侧，所述轴向反射层设置于所述燃料两端；所述控制鼓均匀设置于所述径向反射层中。本实用新型的有益效果如下：采用铀钼合金燃料，能够通过使用低富集度的燃料避免核扩散的风险；本方案采用热管导出堆芯热量，省去了TRIOS的两个较大尺寸的加压水回路，且热管具有非能动、非单点失效的优点。

技术领域

本实用新型涉及核电工程领域，具体涉及一种千瓦级水下核反应堆电源。

背景技术

根据公开的资料，到目前为止，国际上还没有已得到实际应用的水下千瓦级反应堆电源。在相关的反应堆电源设计方案方面，与本方案较为接近的有美国的TRIOS水下反应堆电源方案以及美国的Kilopower空间反应堆电源方案。

美国的D.T.Allen等在文献“Undersea Thermionic Reactors”中提出了一种名为TRIOS的海底固定式反应堆电源。该反应堆采用了两种燃料棒，分别是9根热离子燃料元件和106根铀氢锆燃料元件，其中热离子燃料元件用于发电，总电功率约为5千瓦，铀氢锆燃料元件则作为驱动燃料，为堆芯提供足够的反应性，同时该燃料的固有负温度系数可以在事故情况下为反应堆的安全提供保障。该反应堆系统设置有两个加压水回路，一回路采用轴向双层壳体结构，其高度较高，依靠水的自然循环带出反应堆的热量，并经换热器将热量传递至二回路的加压水，二回路同样采用自然循环的方式，并最终通过一个外置的换热器将热量传递至海水。

该方案具有较高的技术成熟度和可实现性，同时具备很好的固有安全特性，但同时该方案也存在一些不足之处：首先，系统的发电效率非常低，只有9根热离子燃料元件的热量得到了利用，其余106根铀氢锆燃料元件的热量需要全部作为废热进行排放，系统发电效率仅约0.83％；另外，该反应堆电源系统相对较为复杂，并且系统体积较为庞大，电源最大直径达到5.7米，总高度达到9.16米。

美国目前正在研制一型名为Kilopower的千瓦级空间核反应堆电源(可参考文献“Development of NASA’s Small Fission Power System for Science and HumanExploration”)，该反应堆采用整块式高富集度铀钼合金作为燃料，由8根钠热管导出堆芯热量，并由两两对置的8台自由活塞式斯特林发电机产生电能，废热由辐射器排放至外太空，该电源总电功率约1千瓦。

该型反应堆电源系统体积小、重量轻、热电转换效率高、系统结构非常简单，具备较高的可靠性，但若用于水下环境，则还存在一些不足之处：首先，堆芯采用高浓铀燃料，这具有核扩散的风险；另外，该系统运行温度高，燃料最高温度达到约1200K，钠热管的运行温度达到1050K，在如此高温下，若在水下非真空环境中运行，则许多部件存在氧化、腐蚀等问题，不利于电源的使用寿命。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种千瓦级水下核反应堆电源，至少能够解决应用于水下环境时的核扩散的风险问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种千瓦级水下核反应堆电源，包括燃料、控制鼓、径向反射层、安全棒通道、热管和轴向反射层；所述燃料为柱状的铀钼合金燃料，其中设置有安全棒通道和热管通道；所述热管围绕所述安全棒通道，插入所述热管通道中；所述径向反射层设置于所述燃料外侧，所述轴向反射层设置于所述燃料两端；所述控制鼓均匀设置于所述径向反射层中。

进一步地，上述的千瓦级水下核反应堆电源，所述铀钼合金燃料的铀-235富集度为19.75％。

进一步地，上述的千瓦级水下核反应堆电源，所述热管的工质为钾。