[发明专利]一种开放栅格式气冷空间核反应堆堆芯

说明书

本发明属于核反应堆技术领域，公开了一种开放栅格式气冷空间核反应堆堆芯，该反应堆堆芯包括堆芯活性区、堆芯筒体、径向反射层及控制棒；其中，堆芯活性区位于堆芯筒体内，由多根燃料棒组成；径向反射层为中空圆柱形结构，分内外两层，包裹在堆芯筒体外侧，并与堆芯筒体等高；燃料棒和控制棒分布在堆芯活性区内；燃料棒和控制棒由上下栅格板以及缠绕在其包壳上的绕丝定位；燃料棒内由中空圆柱形燃料芯块组成，并填充了氦气，燃料棒内部两端有轴向反射块；堆芯和反射层均采用氦氙混合气体冷却；该反应堆堆芯可以为空间任务提供兆瓦级大功率电能，并具有轻质紧凑的优点。

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种开放栅格式气冷空间核反应堆堆芯。

背景技术

气冷空间核反应堆采用氦氙混合气体冷却，从反应堆流出的高温气体可以直接连接布雷顿循环部件，从而可以达到较高的热电转化效率，因而，气冷空间核反应堆在大功率空间应用中备受关注。

目前已有提出的气冷空间核反应堆堆芯主要有球床型、六棱柱型和难熔金属基体型。球床型堆芯是指将燃料做成小球状，冷却剂在球床间流动，带走裂变热能；六棱柱型是指将金属陶瓷燃料做成六棱柱状，中间开有多个圆柱形孔道，用于冷却剂流通；难熔金属基体型是指将难熔金属做成堆芯基体，中间开有若干圆柱形孔道，孔道中插有燃料棒或控制棒，冷却剂在基体与燃料棒(控制棒)之间的环形通道中流动。

上述三种气冷空间核反应堆堆芯设计各有其优势，但是普遍的劣势在于重量往往过重，对于空间核反应堆的发射提出了很高的要求。本发明旨在公开一种轻质紧凑的气冷空间核反应堆堆芯设计，即开放栅格式气冷空间核反应堆堆芯。

发明内容

本发明的目的在于提出一种开放栅格式气冷空间核反应堆堆芯，为空间核反应堆提供大功率、轻质、紧凑的堆芯设计方案。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种开放栅格式气冷空间核反应堆堆芯，包括包括堆芯活性区16、包覆在堆芯活性区外围的堆芯筒体4、包覆在堆芯筒体4外侧的两层反射层即内反射层7和外反射层5；所述堆芯活性区16由多根燃料棒2和多根控制棒3组成，燃料棒2和控制棒3呈三角形或矩形栅格排列，构成冷却剂流动的开放空间；

所述燃料棒2从内向外依次包括燃料芯块12、燃料棒气体间隙13-1和燃料棒包壳14-1；燃料棒包壳14-1内、燃料芯块12的两端填充有轴向反射块11，燃料棒2两端为燃料棒端部连接件10-1；所述控制棒3从内向外依次包括中子吸收体17、控制棒气体间隙13-2和控制棒包壳14-2，控制棒3两端为控制棒端部连接件10-2；燃料棒气体间隙13-1和控制棒气体间隙13-2用以容纳裂变气体和材料的热膨胀。

所述燃料棒2和控制棒3的上端和下端分别由上栅格板8和下栅格板9以及缠绕在燃料棒包壳14-1上的燃料棒绕丝15-1和缠绕在控制棒包壳14-2上的控制棒绕丝15-2定位；

所述内反射层7和外反射层5主体结构的材质为氧化铍，内反射层7和外反射层5内分别开有多个反射层冷却剂入口通道6和反射层冷却剂出口通道1；反射层冷却剂由反射层冷却剂入口通道6下端进入，到达内反射层7上部后，折流由外反射层5中的反射层冷却剂出口通道1流出，起到冷却反射层的作用。

所述堆芯活性区16的冷却剂为氦氙混合气体，由堆芯下部向堆芯上部流动，作为载热剂带走燃料棒2内燃料裂变产生的能量。

所述燃料棒2内燃料芯块12的材料为二氧化铀，富集度不小于90％，为中空圆柱形结构。

所述燃料棒绕丝15-1和控制棒绕丝15-2的材料为钨铼合金，燃料棒包壳14-1和控制棒包壳14-2的材料为钨铼合金。

所述燃料棒气体间隙13-1和控制棒气体间隙13-2内填充气体为氦气。

所述燃料棒2内部两端的轴向反射块11的材料为钨。