本發(fā)明創(chuàng)造屬于核反應(yīng)堆設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種加速器驅(qū)動次臨界氣冷反應(yīng)堆。

背景技術(shù)：

核能是未來不可替代的能源之母，生產(chǎn)中核能能帶來巨大的功效，隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)有的傳統(tǒng)核能技術(shù)越來越不能滿足社會多元化的需求。這就需要不斷的研發(fā)和設(shè)計新型的核反應(yīng)堆以滿足社會多元化的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種加速器驅(qū)動次臨界氣冷反應(yīng)堆，以提出一種新型架構(gòu)的核反應(yīng)堆。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種加速器驅(qū)動次臨界氣冷反應(yīng)堆，包括壓力殼，壓力殼內(nèi)部設(shè)置支撐板，支撐板將壓力殼內(nèi)部的空腔分割為上腔室和下腔室，上腔室內(nèi)支撐板的上側(cè)設(shè)置有堆芯，堆芯與壓力殼之間留有間隙，堆芯下方的下腔室內(nèi)設(shè)置有出氣室，出氣室以外的下腔室為進(jìn)氣室，出氣室與進(jìn)氣室相互獨立，下腔室的壓力殼的側(cè)壁設(shè)置有熱氣導(dǎo)管，熱氣導(dǎo)管包括內(nèi)筒和外筒，外筒與內(nèi)筒之間設(shè)置有空隙，內(nèi)筒將出氣室與壓力殼外部連通，外筒與內(nèi)筒之間的空隙將進(jìn)氣室與壓力殼外部連通；

出氣室內(nèi)的支撐板上開有通孔，通孔將堆芯與出氣室連通，堆芯與壓力殼內(nèi)壁之間的支撐板上開有通孔，通孔將進(jìn)氣室與上腔室連通，重金屬靶貫穿件的下端伸入到上腔室內(nèi)依次穿過堆芯、出氣室、進(jìn)氣室后穿出壓力殼。

進(jìn)一步的，所述重金屬靶貫穿件與堆芯同軸心。

進(jìn)一步的，靠近重金屬靶貫穿件且包圍著重金屬靶貫穿件的堆芯為快中子反應(yīng)區(qū)，快中子反應(yīng)區(qū)外圍的堆芯為熱中子反應(yīng)區(qū)，熱中子反應(yīng)區(qū)外圍的堆芯為功率調(diào)節(jié)區(qū)，功率調(diào)節(jié)區(qū)外圍的堆芯為反射層。

進(jìn)一步的，所述快中子反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝有乏燃料或者可裂變?nèi)剂?，熱中子反?yīng)區(qū)內(nèi)裝有u-235易裂變材料。

進(jìn)一步的，所述堆芯從上到下設(shè)置有7～11層，最上層和最下層分別為反射層。

進(jìn)一步的，所述壓力殼的上端設(shè)置有控制反應(yīng)堆功率的控制棒，控制棒的下端伸入到堆芯的功率調(diào)節(jié)區(qū)。

進(jìn)一步的，所述壓力殼的上端設(shè)置有用于投入吸收球的吸收球通道，吸收球通道的下端伸入到堆芯的功率調(diào)節(jié)區(qū)。

進(jìn)一步的，堆芯內(nèi)部的重金屬靶貫穿件內(nèi)設(shè)置有重金屬靶，重金屬靶上方的重金屬靶貫穿件內(nèi)部設(shè)置有用于加速質(zhì)子的線圈。

進(jìn)一步的，靠近堆芯下端的重金屬靶貫穿件內(nèi)設(shè)置有重金屬靶，重金屬靶為鉛鉍共熔體材料制成的重金屬靶。

進(jìn)一步的，所述壓力殼包括上封頭和下封頭，上封頭和下封頭之間通過法蘭固接，堆芯、出氣室、進(jìn)氣室分別設(shè)置在下封頭內(nèi)，吸收球通道、控制棒分別設(shè)置在上封頭上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造所述的一種加速器驅(qū)動次臨界氣冷反應(yīng)堆具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明創(chuàng)造結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，可以用于發(fā)電、乏燃料處理和u235等易裂變核原料的生產(chǎn)，采用次臨界形式反應(yīng)，具有固有的安全性和可靠性；

(2)本發(fā)明創(chuàng)造設(shè)置有兩道停堆系統(tǒng)，安全性和可靠性更高；

(3)本發(fā)明創(chuàng)造的重金屬靶貫穿件內(nèi)部設(shè)置有用于給質(zhì)子加速的線圈，可以大大提高質(zhì)子的速度，轟擊靶心產(chǎn)生更多的中子。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對本發(fā)明創(chuàng)造的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明創(chuàng)造實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明創(chuàng)造實施例所述的堆芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、壓力殼；101、上封頭；102、下封頭；2、支撐板；3、重金屬靶貫穿件；31、重金屬靶；4、熱氣導(dǎo)管；401、內(nèi)筒；402、外筒；5、堆芯；51、快中子反應(yīng)區(qū)；52、熱中子反應(yīng)區(qū)；53、功率調(diào)節(jié)區(qū)；54、反射層；6、控制棒；7、吸收球通道；a、上腔室；b、出氣室；c、進(jìn)氣室。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明創(chuàng)造和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明創(chuàng)造的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明創(chuàng)造中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造。

如圖1、2所示，一種加速器驅(qū)動次臨界氣冷反應(yīng)堆，包括壓力殼1，壓力殼1內(nèi)部設(shè)置支撐板2，支撐板2將壓力殼1內(nèi)部的空腔分割為上腔室a和下腔室。上腔室a內(nèi)支撐板2的上側(cè)設(shè)置有堆芯5，堆芯5與壓力殼1之間留有用于冷卻劑流過的間隙。堆芯5的正下方的下腔室內(nèi)設(shè)置有出氣室b，出氣室b以外的下腔室為進(jìn)氣室c，出氣室b與進(jìn)氣室c由隔板隔開且相互獨立。下腔室的壓力殼1的側(cè)壁設(shè)置有熱氣導(dǎo)管4，熱氣導(dǎo)管4通過螺栓連接到壓力殼1的側(cè)邊上。熱氣導(dǎo)管4包括同軸心的內(nèi)筒401和外筒402，外筒402通過螺栓固接在壓力殼1上。外筒402與內(nèi)筒401之間設(shè)置有用于冷卻劑流過的空隙，內(nèi)筒401將出氣室b與壓力殼1外部連通，外筒402與內(nèi)筒401之間的空隙將進(jìn)氣室c與壓力殼1外部連通。出氣室b內(nèi)的支撐板2上開有通孔202，通孔202將堆芯5與出氣室b連通，堆芯5與壓力殼1內(nèi)壁之間的支撐板2上開有通孔202，通孔202將進(jìn)氣室c與上腔室a連通。壓力殼1設(shè)置成上、下貫通的結(jié)構(gòu)，用以安裝重金屬靶貫穿件3。重金屬靶貫穿件3的下端伸入到上腔室a內(nèi)且依次穿過堆芯5、出氣室b、進(jìn)氣室c后穿出壓力殼1。重金屬靶貫穿件3、堆芯5、出氣室b、壓力殼1均同軸心。

靠近重金屬靶貫穿件3且包圍著重金屬靶貫穿件3的堆芯5為快中子反應(yīng)區(qū)51，僅有重金屬靶31周圍6個六邊形孔道內(nèi)為快中子反應(yīng)區(qū)51，快中子反應(yīng)區(qū)51內(nèi)裝有乏燃料或者其他可裂變?nèi)剂??？熘凶臃磻?yīng)區(qū)51外圍的堆芯5為熱中子反應(yīng)區(qū)52，熱中子反應(yīng)區(qū)52內(nèi)裝有u-235易裂變材料。熱中子反應(yīng)區(qū)52外圍的堆芯5為功率調(diào)節(jié)區(qū)53，功率調(diào)節(jié)區(qū)53外圍的堆芯5為反射層54?？熘凶臃磻?yīng)區(qū)51和熱中子反應(yīng)區(qū)52分別發(fā)生快中子反應(yīng)和熱中子反應(yīng)，功率調(diào)節(jié)區(qū)53可以插入控制棒6和吸收球?qū)Ψ磻?yīng)堆功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，反射層54用來屏蔽中子，同時起到內(nèi)外冷卻劑的隔熱作用。堆芯5從上到下設(shè)置有7～11層，最上層和最下層分別為反射層54，用以防止中子輻射出壓力殼1。

壓力殼1的上端設(shè)置有控制反應(yīng)堆功率的控制棒6，控制棒6的下端伸入到堆芯5的功率調(diào)節(jié)區(qū)53。壓力殼1的上端還設(shè)置有控制反應(yīng)堆功率的吸收球通道7，吸收球通道7的下端伸入到堆芯5的功率調(diào)節(jié)區(qū)53。吸收球通道7構(gòu)成反應(yīng)堆的第二道停堆系統(tǒng)，在控制棒6失效的情況下可以向堆芯5釋放吸收球，吸收球吸收中子后達(dá)到反應(yīng)堆停堆的目的?？刂瓢?和吸收球通道7均勻間隔設(shè)置。支撐板2的圓周側(cè)設(shè)置有環(huán)形臺階，環(huán)形臺階可以增加焊接面積，提高焊接強度。

堆芯5內(nèi)部的重金屬靶貫穿件3內(nèi)設(shè)置有重金屬靶31，重金屬靶31設(shè)置在靠近堆芯5下端的重金屬靶貫穿件3內(nèi)，重金屬靶31為鉛鉍共熔體材料制成的重金屬靶31。重金屬靶31上方的重金屬靶貫穿件3內(nèi)部設(shè)置有用于加速質(zhì)子的線圈，線圈可以產(chǎn)生磁場為質(zhì)子加速。

壓力殼1包括上封頭101和下封頭102，上封頭101和下封頭102之間通過法蘭固接，堆芯5、出氣室b、進(jìn)氣室c分別設(shè)置在下封頭102內(nèi)，吸收球通道7、控制棒6分別設(shè)置在上封頭101上,上封頭101上還設(shè)置有必要的測量傳感器。

本發(fā)明創(chuàng)造的工作原理：

(1)重金屬靶貫穿件3內(nèi)包含線圈，線圈產(chǎn)生的磁場對重金屬靶貫穿件3的軌道內(nèi)運動的質(zhì)子進(jìn)行加速，質(zhì)子獲得足夠的能量后，撞擊到由鉛鉍共熔體構(gòu)成的重金屬靶31上，重金屬靶31產(chǎn)生中子向四周輻射。

(2)中子從重金屬靶31釋放后首先達(dá)到快中子反應(yīng)區(qū)51，快中子反應(yīng)區(qū)51裝有乏燃料或者其它可裂變?nèi)剂?，中子達(dá)到此區(qū)時能量較高，激發(fā)乏燃料嬗變或者導(dǎo)致其它可裂變?nèi)剂习l(fā)生反應(yīng)；一部分能量較低的中子到達(dá)熱中子反應(yīng)區(qū)52，熱中子反應(yīng)區(qū)52裝有u-235等易裂變材料，引發(fā)此區(qū)熱中子發(fā)生反應(yīng)；中子達(dá)到外圍反射層54或者堆芯5的上、下兩層反射層時被反射以阻止達(dá)到外界，從而保持壓力殼1外具有較低的輻射水平。

(3)本發(fā)明創(chuàng)造中的二回路冷卻劑選擇氦氣，堆芯5發(fā)生反應(yīng)的同時，高溫氦氣作為冷卻劑由熱氣導(dǎo)管4的外筒402和內(nèi)筒401之間的空隙進(jìn)入進(jìn)氣室c，氦氣穿過支撐板2流入上腔室a，然后從堆芯5的上部進(jìn)入堆芯5內(nèi)，從上至下的對堆芯5進(jìn)行冷卻，最后進(jìn)入出氣室b后由熱氣導(dǎo)管4的內(nèi)筒401流出，完成反應(yīng)堆的冷卻。

(4)反應(yīng)堆的功率調(diào)節(jié)是通過控制棒6實現(xiàn)的，反應(yīng)堆通過控制控制棒6伸入堆芯5的長度從而對堆芯5的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制棒6完全插入堆芯5時，反應(yīng)堆停止運行；當(dāng)控制棒6失效時，采用第二套冷卻系統(tǒng)，將吸收球從吸收球通道7流入堆芯5，吸收球吸收中子后對反應(yīng)堆進(jìn)行緊急停堆。

本發(fā)明創(chuàng)造是以乏燃料為燃料，通過加速質(zhì)子轟擊靶材料激發(fā)高能中子，與乏燃料或者其他可裂變核原料反應(yīng)，從而對核廢料進(jìn)行嬗變的一種核能系統(tǒng)。加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆有望成為處理核廢料一種極有潛力的方法，也是一種生產(chǎn)易裂變核原料的有效手段。此外，反應(yīng)堆也可以輸出一定功率，可以實現(xiàn)核廢的處理和發(fā)電雙重目的。

以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。