[实用新型]一种分区布置的石墨基弥散燃料热管堆堆芯结构

说明书

本实用新型公开了一种分区布置的石墨基弥散燃料热管堆堆芯结构，低富集铀燃料区中心设有适配紧急停堆棒插入的导向孔，低富集铀燃料区外侧依次包覆高富集铀燃料区、中间富集铀燃料区、中子反射层、内壳体、屏蔽层和外壳体；三个铀燃料区都均布有多个适配插入热管的热管导向孔；中子反射层内均布有多个适配反应性控制转鼓在其内可转动的圆形转动孔，反应性控制转鼓整个侧壁上沿其圆周设有弧长120度且横截面呈月牙形的中子吸收材料层，与反应性控制转鼓的横截面共同组成圆形；可有效地展平堆芯功率，显著提高核反应堆运行的可靠性和系统经济性；且全固态堆芯更利于运输，拓展了应用范围；既能用于发电，也能提供高温工艺热，具有多用途特性。

技术领域

本实用新型涉及核反应堆工程技术领域，尤其涉及的是一种分区布置的石墨基弥散燃料热管堆堆芯结构。

背景技术

当前，热管堆采用热管代替流体冷却剂带走堆芯热量，其堆芯为固态堆芯，热管堆运行时，核反应堆产生的裂变能被传导给布置在堆芯中的金属热管蒸发段，并通过热管内部工质的蒸发、冷凝过程以及自然循环流动，将热量从堆芯传导至热电转换装置/二回路系统的热端，热电转换装置/二回路系统将热能转换为电能后，剩余的废热通过冷却器或辐射散热器排出至最终热阱（大气或环境）。

鉴于热管堆具有固态属性、固有安全性高、运行特性简单、易于模块化、易扩展以及运输特性良好等核心优势，在深空探测与推进、陆基核电源、深海潜航探索等环境中具有广阔的应用前景。

但是，一方面，由于传统热管堆的结构紧凑、设计简单，使得热管堆中子泄漏强、功率不均匀系数高，限制了全堆芯的总功率输出，不利于系统经济性；另一方面，由于热管堆的运行温度高、堆芯导热性差，导致堆芯产生有极高的热应力，危及核反应堆的安全。

实用新型内容

针对当前传统热管堆堆芯设计方案所存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种全新的解决方案，可有效改善堆芯的传热特性，增强热管堆在运行过程中的稳定性和可靠性，且可展平堆芯功率分布，降低中子泄漏率，提高系统经济性，并具备较好的可实现性。

本实用新型的技术方案如下：一种分区布置的石墨基弥散燃料热管堆堆芯结构，由紧急停堆棒、低富集铀燃料区、高富集铀燃料区、中间富集铀燃料区、中子反射层、反应性控制转鼓、中子吸收材料层、内壳体、屏蔽层、外壳体和热管组成；其中，

低富集铀燃料区中心设置有适配紧急停堆棒插入的紧急停堆棒导向孔，高富集铀燃料区包覆在低富集铀燃料区外侧，中间富集铀燃料区包覆在高富集铀燃料区外侧，中子反射层包覆在中间富集铀燃料区外侧，内壳体包裹在中子反射层的外侧，屏蔽层包裹在内壳体外侧，外壳体包裹在屏蔽层外侧；

低富集铀燃料区、高富集铀燃料区和中间富集铀燃料区都均布有多个适配插入热管的热管导向孔；热管底部的蒸发段用于插入堆芯之中，而热管中部的绝热段和热管上部的冷凝段均从堆芯上方伸出；

中子反射层内均布有多个适配插入反应性控制转鼓的转动孔，单个反应性控制转鼓的形状为圆柱体形，并可在中子反射层的单个转动孔内旋转；

每个反应性控制转鼓的侧壁上沿其圆周设置有弧长为120度且具有一定厚度的中子吸收材料层，中子吸收材料层的横截面呈月牙形，并与反应性控制转鼓的横截面共同组成圆形；该中子吸收材料层从反应性控制转鼓顶端延伸至反应性控制转鼓的底部，且该中子吸收材料层可随反应性控制转鼓一同转动。

所述的分区布置的石墨基弥散燃料热管堆堆芯结构，其中：所述低富集铀燃料区为圆形的低富集度燃料柱，高富集铀燃料区由多块扇形的高富集度燃料柱组成，中间富集铀燃料区由多块扇形的中间富集度燃料柱组成，且相邻的燃料柱之间均留有间隙或气隙。

所述的分区布置的石墨基弥散燃料热管堆堆芯结构，其中：所述低富集铀燃料区为正5~16边形等正多边形的低富集度燃料柱，高富集铀燃料区由多块梯形的高富集度燃料柱组成，中间富集铀燃料区由多块梯形的中间富集度燃料柱组成，且相邻的燃料柱之间均留有间隙或气隙。