Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, ВЫПОЛНЕННАЯ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ВОЗМОЖНОСТИ РАСШИРЕНИЯ СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В НЕЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Область техники и уровень техники

Данная заявка в основном относится к тепловыделяющим сборкам ядерного реактора, а более конкретно относится к тепловыделяющей сборке ядерного реактора, выполненной с обеспечением возможности расширения содержащегося в ней ядерного топлива.

Известно, что в работающем ядерном реакторе нуклиды с большой атомной массой поглощают нейтроны, обладающие известной энергией. Полученное составное ядро распадается на продукты деления, которые включают два осколка деления с меньшими атомными массами, а также продукты распада. Известно, что нуклиды, претерпевающие такое деление под действием нейтронов всех энергий, включают уран-233, уран-235 и плутоний-239, которые представляют собой делящиеся нуклиды. Например, для деления ядер U-235 можно применять тепловые нейтроны, кинетическая энергия которых составляет 0,0253 эВ (электрон-вольт). Торий-232 и уран-238 представляют собой воспроизводящие нуклиды, которые претерпевают вынужденное деление под действием быстрых нейтронов, кинетическая энергия которых составляет по меньшей мере 1 МэВ (миллион электрон-вольт). Полная кинетическая энергия, выделяющаяся при каждом акте деления, составляет приблизительно 200 МэВ. Данная кинетическая энергия в итоге превращается в тепло.

Кроме того, процесс деления, который инициируют с применением начального источника нейтронов, приводит к освобождению дополнительных нейтронов, а также к превращению кинетической энергии в тепло. Это приводит к протеканию самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая сопровождается непрерывным выделением энергии. То есть, в расчете на каждый поглощенный нейтрон освобождается более одного нейтрона до тех пор, пока не будет исчерпан запас делящихся ядер. Данное явление применяют в промышленном ядерном реакторе для непрерывного получения тепла, которое, в свою очередь, с выгодой применяют для выработки электричества.

В таких процессах может происходить расширение тепловыделяющей сборки из-за вышеупомянутой выработки тепла, а также из-за образования продуктов распада. При этом тепловыделяющие сборки могут претерпевать дифференциальное расширение, топливный стержень деформируется, что может повысить вероятность разрыва оболочки топливного стержня; давление газообразных продуктов деления возрастает, а ядерное топливо распухает во время работы реактора. Это может повысить вероятность образования трещин в топливной таблетке и/или изгиба топливного стержня. Образование трещин в топливной таблетке может привести к выбросу газообразных продуктов деления и может вызвать повышение уровня радиации выше нормального значения. Изгиб топливного стержня, в свою очередь, может привести к закупорке каналов для прохождения теплоносителя. Запас прочности, предусмотренный конструкцией реактора, и тщательный контроль качества во время изготовления могут снизить вероятность возникновения данных аварийных ситуаций, или конструкцию системы можно адаптировать к таким аварийным ситуациям.

В одном из подходов, относящихся к расширению тепловыделяющей сборки из-за выработки тепла и образования газообразных продуктов деления, в патенте США №3028330, выданном 3 апреля 1962 г. на имя Clarence I. Justheim и др. и озаглавленном "Nuclear Fuel Elements Having An Autogenous Matrix And Method Of Making The Same", описана ячеистая углеродсодержащая матрица. Ячейки ячеистой матрицы могут содержать фрагменты делящегося материала, который может представлять собой воспроизводящие изотопы урана, обогащенные делящимися изотопами. Согласно данному патенту, обычно ячейки имеют такой размер относительно фрагментов делящегося материала, чтобы допустить возможность увеличения объема последних в результате циклического теплового воздействия и радиационного повреждения. Хотя в данном патенте описана ячеистая матрица с ячейками, которые обеспечивают возможность увеличения объема фрагментов делящегося материала, в данном патенте не дано описание тепловыделяющей сборки ядерного реактора, которая выполнена с обеспечением возможности расширения ядерного топлива, содержащегося в тепловыделяющей сборке.

В другом подходе, описанном в патенте США №3184392, выданном 18 мая 1965 г. на имя Leslie Reginald Blake и др. и озаглавленном "Fast Nuclear Reactor Fuel Elements", описан тепловыделяющий элемент ядерного реактора, который включает основную часть из пористого делящегося ядерного топлива с закрытыми полостями, которое благодаря пористости имеет дисперсную структуру и которое помещено в цилиндрическую защитную оболочку. В топливе предусмотрены промежуточные полости, а тепловыделяющий элемент заполнен только частично, чтобы оставить пустоту над топливом. Согласно данному патенту, защитная оболочка способна противостоять внутреннему давлению, равному по меньшей мере 69 МПа (10000 фунт/кв.дюйм) при температуре 600°C, а пустота над топливом выступает в качестве пространства для расширения топлива, а также пространства для размещения продуктов распада. Хотя в данном патенте описан тепловыделяющий элемент ядерного реактора, который включает основную часть из пористого делящегося ядерного топлива с закрытыми полостями, в данном патенте не дано описание тепловыделяющей сборки ядерного реактора, которая выполнена с обеспечением возможности расширения ядерного топлива, содержащегося в тепловыделяющей сборке, как описано в данном документе и в формуле изобретения.

Описание изобретения

Согласно одному из аспектов изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пены ядерного топлива, включающей множество взаимосвязанных открытых полостей.

Согласно другому аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пены воспроизводящего ядерного топлива, включающей множество закрытых полостей.

Согласно еще одному аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пены ядерного топлива, способной вырабатывать тепло; пену ядерного топлива, включающую множество взаимосвязанных открытых полостей, и поглотитель тепла, соединенный с оболочкой и выполненный с возможностью теплового контакта с пеной ядерного топлива для поглощения тепла, вырабатываемого пеной ядерного топлива.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пены воспроизводящего ядерного топлива, способной вырабатывать тепло; пену ядерного топлива, включающую множество закрытых полостей, и поглотитель тепла, соединенный с оболочкой и выполненный с возможностью теплового контакта пеной ядерного топлива для поглощения тепла, вырабатываемого пеной ядерного топлива.

Согласно другому аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пены ядерного топлива, способной вырабатывать тепло; пену ядерного топлива, включающую множество взаимосвязанных открытых полостей, и трубопровод для поглотителя тепла, проходящий через пену ядерного топлива; причем трубопровод для поглотителя тепла пригоден для пропускания охлаждающей текучей среды, находящейся в тепловом контакте с пеной ядерного топлива, для поглощения тепла, вырабатываемого пеной ядерного топлива.

Согласно еще одному аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пены ядерного топлива, способной вырабатывать тепло; пену ядерного топлива, включающую множество закрытых полостей, и трубопровод для поглотителя тепла, проходящий через пену ядерного топлива; причем трубопровод для поглотителя тепла пригоден для пропускания охлаждающей текучей среды, находящейся в тепловом контакте с пеной ядерного топлива, для поглощения тепла, вырабатываемого пеной ядерного топлива.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку; пену ядерного топлива, способную вырабатывать тепло, причем пена ядерного топлива герметично заключена в оболочку и пена ядерного топлива включает множество взаимосвязанных открытых полостей, и поглотитель тепла находящийся в тепловом контакте с пеной ядерного топлива для поглощения тепла, вырабатываемого пеной ядерного топлива.

Согласно еще одному аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку; пену воспроизводящего ядерного топлива, способную вырабатывать тепло, причем пена ядерного топлива герметично заключена в оболочку и пена ядерного топлива включает множество закрытых полостей, и поглотитель тепла, находящийся в тепловом контакте с пеной ядерного топлива для поглощения тепла, вырабатываемого пеной ядерного топлива.

Согласно другому аспекту изобретения, предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, включающая оболочку, выполненную с обеспечением возможности герметичного закрытия пористого материала ядерного топлива без покрытия, включающего множество взаимосвязанных открытых полостей.

Согласно еще одному аспекту изобретения, способ включает (но не ограничивается этим) изготовление тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающее стадию обеспечения оболочки для герметичного закрытия пены ядерного топлива, включающей множество взаимосвязанных открытых полостей.

Согласно еще одному аспекту изобретения, способ включает (но не ограничивается этим) изготовление тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающее стадию обеспечения оболочки для герметичного закрытия пены воспроизводящего ядерного топлива, включающей множество закрытых полостей.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, способ включает (но не ограничивается этим) эксплуатацию тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающую стадию помещения оболочки в корпус ядерного реактора, причем оболочка герметично закрывает пену ядерного топлива, включающую множество взаимосвязанных открытых полостей.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, способ включает (но не ограничивается этим) эксплуатацию тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающую стадию помещения оболочки в корпус ядерного реактора, причем оболочка герметично закрывает пену ядерного топлива, включающую множество закрытых полостей.

В добавление к вышеизложенному, в формуле изобретения, на чертежах и в тексте, являющемся частью настоящего описания, описаны другие аспекты способа.

Отличительным признаком настоящего изобретения является обеспечение оболочки, выполненной с возможностью герметичного закрытия пены ядерного топлива, включающей множество взаимосвязанных открытых полостей.

Другим отличительным признаком настоящего изобретения является обеспечение оболочки, выполненной с возможностью герметичного закрытия пены воспроизводящего ядерного топлива, включающей множество закрытых полостей.

В добавление к вышеизложенному, при описании изобретения, например в тексте (например, в формуле изобретения и/или в подробном описании) и/или на чертежах настоящего описания, изложены и описаны различные другие аспекты способа и/или устройства.

Вышеизложенное представляет собой краткое изложение сущности изобретения и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения подробностей; следовательно, специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что данное краткое изложение сущности изобретения является только иллюстративным и не подразумевает какое-либо ограничение. Помимо описанных выше иллюстративных аспектов, воплощений и признаков, дополнительные аспекты, воплощения и признаки станут очевидными при рассмотрении чертежей и последующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Хотя описание изобретения включает формулу изобретения, в которой конкретно указан и ясно изложен объект настоящего изобретения, по-видимому, описание станет лучше понятно из последующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами. Кроме того, использование одинаковых символов на разных чертежах обычно указывает на похожие или одинаковые детали.

Фиг.1 представляет собой вид сбоку ядерного реактора в частичном разрезе; для ясности опущены некоторые части ядерного реактора; на данном чертеже также показано множество в основном цилиндрических тепловыделяющих сборок ядерного реактора, относящихся к реактору;

Фиг.2 представляет собой вид в вертикальном разрезе одной из тепловыделяющих сборок ядерного реактора, на котором показана пена ядерного топлива внутри этой сборки;

Фиг.3 представляет собой вид сечения по линии A-A на Фиг.2;

Фиг.4 представляет собой увеличенное изображение пены ядерного топлива без покрытия, включающей находящиеся в ней закрытые полости;

Фиг.5 представляет собой увеличенное изображение пены ядерного топлива без покрытия, включающей находящиеся в ней открытые полости;

Фиг.6 представляет собой увеличенное изображение пены ядерного топлива с покрытием, включающей находящиеся в ней закрытые полости;

Фиг.7 представляет собой увеличенное изображение пены ядерного топлива с покрытием, включающей находящиеся в ней открытые полости;

Фиг.8 представляет собой вид в вертикальном разрезе в основном сферической тепловыделяющей сборки ядерного реактора;

Фиг.9 представляет собой вид сечения по линии В-В на Фиг.8;

Фиг.10 представляет собой вид сбоку в основном полусферической тепловыделяющей сборки ядерного реактора;

Фиг.11 представляет собой вид в вертикальном разрезе полусферической тепловыделяющей сборки ядерного реактора;

Фиг.12 представляет собой вид в вертикальном разрезе тепловыделяющей сборки ядерного реактора, в основном имеющей форму диска;

Фиг.13 представляет собой вид сечения по линии С-С на Фиг.12;

Фиг.14 представляет собой вид сбоку в основном шестиугольной тепловыделяющей сборки ядерного реактора;

Фиг.15 представляет собой вид сечения по линии D-D на Фиг.14;

Фиг.16 представляет собой вид в вертикальном разрезе тепловыделяющей сборки ядерного реактора, в основном имеющей форму параллелепипеда;

Фиг.17 представляет собой вид сечения по линии Е-Е на Фиг.16 и

Фиг.18 представляет собой вид в вертикальном разрезе тепловыделяющей сборки ядерного реактора, включающей таблетку ядерного топлива, вмонтированную в пену ядерного топлива, причем размер данной таблетки преувеличен для ясности.

Подробное описание изобретения

В нижеследующем подробном описании сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, которые являются частью этого описания. На чертежах аналогичные символы обычно обозначают аналогичные компоненты, если только контекст не предписывает иного. Иллюстративные воплощения, описанные в подробном описании и в формуле изобретения и изображенные на чертежах, не являются ограничивающими. Можно применять другие воплощения и производить другие изменения, не отклоняясь от сущности или от объема защиты объекта изобретения, представленного в данном документе.

Кроме того, в настоящей заявке для ясности изложения используют формальные краткие заголовки. Однако следует иметь в виду, что данные краткие заголовки используют для наглядности и что обсуждение разных объектов изобретения может быть приведено в тексте заявки (например, описание устройств(а)/конструкции(й) может быть приведено под заголовком способно/операции и/или обсуждение способа(ов)/операций может быть приведено под заголовком конструкция(и)/способ(ы) и/или обсуждение отдельных тем может распространяться на два или несколько разделов). Следовательно, использование формальных кратких заголовков не подразумевает какого-либо ограничения.

Кроме того, описанную в данном документе сущность изобретения иногда иллюстрируют с помощью различных компонентов, содержащихся в изобретении или связанных с ним других компонентов. Следует иметь в виду, что описанные таким образом компоновки представляют собой только примеры и что в действительности можно осуществить множество других компоновок, которые обладают аналогичной функциональностью. В концептуальном смысле любое расположение компонентов для достижения аналогичной функциональности представляет собой эффективное "связывание" для достижения требуемой функциональности. Следовательно, любые два компонента, объединенные для достижения определенной функциональности, здесь можно рассматривать как "связанные" друг с другом для достижения требуемой функциональности, независимо от компоновки или промежуточных компонентов. Аналогично, любые два компонента, связанные таким образом, также можно рассматривать как "соединенные друг с другом пригодным для эксплуатации образом" или как "связанные друг с другом пригодным для эксплуатации образом" для достижения требуемой функциональности, и любые два компонента, пригодные для такого соединения, также можно рассматривать как "соединяемые друг с другом пригодным для эксплуатации образом" для достижения требуемой функциональности. Конкретные примеры компонентов, соединяемых пригодным для эксплуатации образом, включают (но не ограничиваются перечисленным) физически сочетаемые и/или физически взаимодействующие компоненты и/или пригодные для взаимодействия по беспроводной связи и/или взаимодействующие по беспроводной связи компоненты и/или логически взаимодействующие и/или пригодные для логического взаимодействия компоненты.

В некоторых случаях в данном документе один или несколько компонентов можно назвать "сконструированными для", "действующими/функционирующими", "выполненными с возможностью", "пригодными для", "совместимыми/соответствующими" и т.д. Специалистам в данной области понятно, что выражение "сконструированный для" в большинстве случаев может охватывать компоненты в активном состоянии и/или компоненты в неактивном состоянии и/или компоненты в состоянии ненагруженного резерва, если только контекст не требует иного.

Таким образом, обращаясь к Фиг.1, на котором изображен ядерный реактор, в общем случае обозначенный позицией 10, для выработки тепла в результате деления ядер делящегося нуклида, такого как уран-235, уран-233 или плутоний-239. Реактор 10 может представлять собой реактор "на бегущей волне". При этом реактор на бегущей волне включает активную зону реактора. Инициатор деления ядер в активной зоне реактора инициирует фронт горения дефлаграционной волны. После инициирования ядерной реакции в ядерном топливе в активной зоне с помощью инициатора деления ядер фронт горения дефлаграционной волны инициируется и распространяется по всему ядерному топливу. В одном из воплощений данного изобретения во время данного процесса деления ядер охлаждающие контуры реактора передают тепло от активной зоны реактора теплообменникам для получения пара. Пар передают турбогенератору для выработки электричества.

Такой реактор на бегущей волне описан более подробно в US 11/605943, поданной 28 ноября 2006 г. от имени Roderick A. Hyde и др. и озаглавленной "Automated Nuclear Power Reactor For Long-Term Operation"; указанная заявка переуступлена правопреемнику настоящей заявки; полное описание указанной заявки включено в данный документ путем ссылки.

Как показано на Фиг.1, реактор 10 включает сосуд 20, например, корпус высокого давления или защитную оболочку, для предотвращения утечки радиоактивных частиц, газов или жидкостей из реактора 10 в окружающую среду. Корпус 20 может быть выполнен из стали, бетона или другого материала подходящего размера и толщины для снижения опасности такой утечки радиации и для подержания требуемой сжимающей нагрузки. Хотя показан только один корпус 20, для дополнительной безопасности могут присутствовать дополнительные защитные оболочки, окружающие друг друга. Корпус 20 определяет границы камеры 30, в которой расположены одна или несколько тепловыделяющих сборок 40 ядерного реактора, как описано более подробно ниже.

Как лучше видно на Фиг.2, 3 и 4, каждая тепловыделяющая сборка 40 ядерного реактора включает в основном цилиндрическую оболочку 50, имеющую стенки 60 оболочки для герметичного закрытия в ней пены 70 ядерного топлива. Пена 70 включает множество закрытых полостей 80, распределенных в пространстве внутри нее. Применяемый здесь термин "закрытые полости" означает, что каждая полость 80 отделена от соседней с ней полости 80, и они обычно не взаимосвязаны, таким образом, существенные количества газа, жидкости или текучей среды не перемещаются непосредственно между полостями 80.

Как видно из Фиг.5, в качестве альтернативы, пена или пористый материал 70 может включать множество взаимосвязанных открытых полостей 90, распределенных в пространстве внутри него. Применяемый здесь термин "открытые полости" означает, что каждая полость обычно соединена с одной или несколькими соседними полостями, что предоставляет возможность перемещения газа, жидкости или текучей среды непосредственно между полостями 90. Открытые полости могут быть ограничены пеноматериалом ядерного топлива, имеющим сетчатую или сотовидную структуру. Открытые полости могут быть ограничены пористым материалом топлива, имеющим волокнистую или стержневидную структуру или пористым материалом топлива, образованным путем взаимосвязанного комплектования частиц топлива (таких как спеченные шарики или упакованные сферы). Кроме того, открытые полости могут быть определены ядерным топливом со смешанными характеристиками пены или пористого материала.

Пена или пористый материал 70 может включать делящееся ядерное топливо, например, уран-233, уран-235 и/или плутоний-239. В качестве альтернативы, пена 70 может включать воспроизводящее ядерное топливо, например, торий-232 и/или уран-238. В качестве дополнительной альтернативы, пена или пористый материал 70 может включать заданную смесь делящегося и воспроизводящего ядерного топлива.

Специалистам в данной области понятно, что тепловыделяющую сборку 40 можно поместить в реактор на тепловых нейтронах, реактор на быстрых нейтронах, нейтронный реактор-размножитель, реактор-размножитель на быстрых нейтронах или в ранее упомянутый реактор на бегущей волне. Таким образом, тепловыделяющую сборку 40 довольно легко приспособить для полезного применения в ядерных реакторах различных конструкций.

Как видно на Фиг.2-5, назначением каждой из пустот 80 и 90 является обеспечение сокращающегося объема, который выполнен с возможностью размещения или расширения пены или пористого материала 70 вследствие теплового расширения и высвобождения газообразных продуктов деления во время работы реактора 10. В целом, объем полостей в пене или пористом материале 70 может составлять от приблизительно 20% до приблизительно 97%, чтобы обеспечивать возможность расширения, хотя в некоторых случаях можно достичь значений, выходящих за пределы данного интервала. Возможность расширения пены или пористого материала 70 таким образом снижает давление на стенки 60 оболочки, поскольку пена или пористый материал 70 расширяется в сторону полостей 80 или 90 или даже внутрь их, а не в сторону стенок 60. Следовательно, данную конструкцию обычно выполняют таким образом, что пена или пористый материал 70 расширяется внутрь, в сторону полостей 80 или 90, а не наружу, в сторону стенок 60 оболочки, не оказывая давление на стенки 60 оболочки. Снижение давления на стенки 60 оболочки, в свою очередь, снижает опасность распухания оболочки 50 и образования трещин в стенках 60 оболочки; в противном случае оба указанных явления могут привести к выбросу продуктов деления.

Как видно на Фиг.5, назначением взаимосвязанных открытых пустот 90 является обеспечение пути для облегчения перемещения летучих продуктов распада, вырабатываемых пеной или пористым ядерным топливом 70. Такие продукты распада могут представлять собой изотопы иода, брома, цезия, калия, рубидия, стронция, ксенона, криптона, бария или другие газообразные или летучие вещества. Такой путь перемещения может обеспечивать средство удаления части продуктов распада из нейтронно-активных областей тепловыделяющей сборки 40 ядерного реактора. Такое удаление может уменьшить поглощение нейтронов продуктами распада.

Как видно на Фиг.2-5, пена или пористый материал 70 по существу может включать металл, например, уран, торий, плутоний, или их сплавы. В качестве альтернативы, пена или пористый материал 70 по существу может включать карбид, например, карбид урана (UC или UC_x) или карбид тория (ThC₂ или ThC_x). Карбид урана или карбид тория можно распределить в матрице из карбида ниобия (NbC) и карбида циркония (ZrC). Потенциальная польза от применения карбида ниобия и карбида циркония состоит в том, что они образуют тугоплавкую конструкционную основу для карбида урана или карбида тория. Пена или пористый материал 70 также по существу может включать оксид, например, диоксид урана (UO₂), диоксид тория (ThO₂), который также называют оксидом тория, или оксид урана (U₃O₈). С другой стороны, пена или пористый материал 70 может представлять собой нитрид, например, нитрид урана (U₂N₃) или нитрид тория (ThN). Кроме того, изобретение относится к пене или пористому материалу 70 без покрытия. Если требуется, на пену или пористый материал 70 можно нанести покрытие из подходящего материала.

Как показано на Фиг.6 и 7, на пену или пористый материал 70 можно нанести слой 100 покрытия, которое может включать углерод, карбид циркония и т.д. Способы получения требуемого покрытия могут включать электролитическое осаждение, химическое осаждение, осаждение из паровой фазы, ионное осаждение или любой другой подходящий способ. Нанесение покрытия на пену или пористый материал 70 может обеспечить барьер для утечки продуктов распада из пены или пористого материала 70 в полости 80 или 90. Такие продукты распада могут представлять собой изотопы иода, брома, цезия, калия, рубидия, стронция, ксенона, криптона, бария или другие газообразные или летучие вещества. Кроме того или в качестве альтернативы, нанесение покрытия на пену или пористый материал 70 может обеспечить конструкционную основу для пены или пористого материала 70.

Как видно на Фиг.2, поглотитель тепла, в большинстве случаев обозначенный позицией 110, соединен с оболочкой 50 и выполнен с возможностью теплового контакта с пеной или пористым материалом 70 для поглощения теплоты деления ядер, вырабатываемой пеной или пористым материалом 70. Только в качестве примера, а не в качестве ограничения, поглотитель 110 тепла может включать множество в основном цилиндрических параллельных трубопроводов или труб 120, проходящих через пену или пористый материал 70. Каждая труба 120 имеет стенку 130 трубы, которая ограничивает канал 140 потока для настоящих целей. Трубы 120 могут быть выполнены из тугоплавких металлов или сплавов, например, из ниобия (Nb), тантала (Ta), вольфрама (W) и т.д. Трубы 120 для теплоносителя реактора могут быть выполнены из других материалов, например, из алюминия (Al), стали или других сплавов на основе железа или сплавов, не содержащих железо, или сплавов на основе титана или на основе циркония или из других подходящих металлов и сплавов. Теплоноситель, например, сжатый газ (не показан), течет по каналу 140 потока для поглощения тепла от пены или пористого материала 70 посредством передачи тепла через стенку 130 трубы. Теплоноситель реактора можно выбрать из нескольких сжатых инертных газов, таких как гелий, неон, аргон, криптон, ксенон или их смеси. В качестве альтернативы, теплоноситель может представлять собой воду или газообразный или сверхтекучий диоксид углерода или жидкие металлы, такие как натрий или свинец, или жидкие сплавы металлов, такие как свинец-висмут (Pb-Bi), или органические теплоносители, такие как полифенилы или фторуглероды. В качестве альтернативы, теплоноситель может имеет состав, претерпевающий фазовый переход, такой как вода, калий (К) или натрий (Na). С другой стороны, поглотитель 110 тепла может представлять собой термоэлектрический материал, такой как теллурид висмута (Bi₂Te₃), теллурид свинца (PbTe) или антимонид цинка (Zn₄Sb₃). Специалистам в данной области понятно, что поглотитель 110 тепла или трубы 120 не обязательно должны быть параллельными, как показано; наоборот, если требуется, поглотитель 110 тепла или трубы 120 могут располагаться относительно друг друга под углом, крест-накрест.

На Фиг.8 и 9 изображено другое воплощение тепловыделяющей сборки 40. В этом воплощении тепловыделяющая сборка 40 включает по существу сферическую оболочку 150, в отличие от вышеупомянутой по существу цилиндрической оболочки 50. Сферическая оболочка 150 может снижать количество требуемого облицовочного материала. Сферическая оболочка 150 также может способствовать формированию профилей топлива.

На Фиг.10 и 11 изображено еще одно воплощение тепловыделяющей сборки 40. В этом воплощении тепловыделяющая сборка 40 включает оболочку 160 по существу в форме диска. Потенциальная выгода от применения оболочки 160 в форме диска состоит в ее полезности для формирования профиля топлива.

На Фиг.12 и 13 изображено другое воплощение тепловыделяющей сборки 40. В этом воплощении тепловыделяющая сборка 40 включает по существу полусферическую оболочку 155. Полусферическая оболочка 155 может повысить плотность упаковки тепловыделяющей сборки в камере 30. Как и в случае сферического профиля, полусферическая оболочка 155 может способствовать формированию профиля топлива.

На Фиг.14 и 15 изображено еще одно воплощение тепловыделяющей сборки 40. В этом воплощении тепловыделяющая сборка 40 включает оболочку 165, имеющую форму многоугольника (в поперечном сечении). При этом оболочка 165 может иметь шестиугольную форму в поперечном сечении. Потенциальная выгода от применения оболочки 165, поперечное сечение которой имеет шестиугольную форму, состоит в том, что можно обеспечить относительно высокую плотность упаковки большего числа тепловыделяющих сборок 40 в некоторых конфигурациях и увеличить число тепловыделяющих сборок, упакованных в камере 30, по сравнению с некоторыми другими геометрическими формами тепловыделяющей сборки. Как и в случае предыдущих воплощений, шестиугольная форма поперечного сечения оболочки 165 может способствовать формированию профиля топлива.

На Фиг.16 и 17 изображено еще одно воплощение тепловыделяющей сборки 40. В этом воплощении тепловыделяющая сборка 40 включает оболочку 170 в форме параллелепипеда. Оболочка 170 в форме параллелепипеда также может обеспечить относительно высокую плотность упаковки в камере 30. Как и в случае предыдущих воплощений, оболочка 170 в форме параллелепипеда может способствовать формированию профиля топлива.

Как показано на Фиг.18, пена или пористый материал 70 может включать одну или несколько топливных таблеток 180, вмонтированных в него. В одном из воплощений данного изобретения топливная таблетка 180 может выступать в качестве начального источника реактивности для инициирования ранее упомянутой цепной реакции деления ядер. В другом воплощении данного изобретения топливная таблетка 180 может выступать в качестве более плотного компонента топлива для повышения эффективной плотности ядерного топлива.

При работе реактора 10 пена или пористый материал 70 стремится расширяться. Это может происходить из-за того, что во время работы реактора 10 пена или пористый материал 70 претерпевают тепловое расширение, обусловленное теплотой деления ядер, вырабатываемой пеной или пористым материалом 70 во время процесса деления ядер. В процессе деления ядер также образуются газообразные продукты деления. Эти два явления приводят к расширению пены или пористого материала 70, который, в свою очередь, может оказывать давление на стенку 60 оболочки. Такое давление может повысить опасность разрушения стенки 60 оболочки и последующего выброса продуктов деления из тепловыделяющей сборки 40. Пена или пористый материал 70 по изобретению решает данную проблему посредством обеспечения сокращающихся полостей 80 и 90. Иными словами, полости 80 и 90 могут вмещать пену или пористый материал 70 или обеспечивать возможность его расширения путем уменьшения своего объема при расширении пены или пористого материала 70 в сторону полостей 80 и 90. Таким образом снижают потенциальное увеличение давления на стенки 60, а также уменьшают опасность выброса продуктов деления из тепловыделяющей сборки 40.

Специалистам в данной области техники понятно, что описанные в здесь компоненты (например, операции), приспособления, объекты и сопроводительное обсуждение применяют в качестве примеров для ясности понимания и что предусмотрены различные модификации конфигурации оборудования. Следовательно, применяемые здесь конкретные примеры и сопроводительное обсуждение изложены и предназначены только для представления более общих классов. Обычно применение любого конкретного примера предназначено для представления его класса, а отсутствие конкретных компонентов (например, операций), приспособлений и объектов не следует рассматривать как ограничение.

Кроме того, специалисту в данной области техники понятно что вышеизложенные конкретные примеры способов и/или приспособлений и/или технологий являются типичными для более общих способов и/или приспособлений и/или технологий, описанных где-либо в другом месте в данном документе, например, в прилагаемой формуле изобретения и/или где-либо в другом месте в настоящей заявке.

Хотя были показаны и описаны конкретные аспекты настоящего объекта изобретения, описанного здесь, специалисту в данной области техники понятно, что на основе сущности изобретения, изложенной в данном документе, можно провести изменения и модификации, не отклоняясь от предмета изобретения, описанного в данном документе, и его расширенных аспектов, и следовательно, объем защиты прилагаемой формулы изобретения охватывает все такие изменения и модификации, которые лежат в пределах сущности и объема защиты объекта изобретения, описанных в данном документе. Специалисту в данной области техники следует иметь в виду, что в общем случае выражения, применяемые в данном документе, особенно в прилагаемой формуле изобретения (например, в основной части прилагаемой формулы изобретения), обычно предполагаются как "открытые" выражения (например, выражение "включающий" следует интерпретировать как "включающий, но не ограничивающийся перечисленным", выражение имеющий" следует интерпретировать как "имеющий по меньшей мере", выражение "включает" следует интерпретировать как "включает, но не ограничивается перечисленным" и т.д.). Кроме того, специалистам в данной области следует иметь в виду, что если введение перечисления элементов в формулу изобретения подразумевает конкретное число, то такая цель будет ясно указана в формуле изобретения, а отсутствие такого перечисления элементов указывает на отсутствие такой цели. Например, для лучшего понимания, нижеследующая прилагаемая формула изобретения может включать применение вводных фраз "по меньшей мере один" и "один или несколько" для введения перечислений элементов в формулу изобретения. Однако не следует делать вывод о том, что применение таких фраз подразумевает, что введение перечисления элементов в формулу изобретения путем применения существительных в единственном числе ограничивает любой конкретный пункт формулы изобретения, содержащий такое перечисление элементов, введенное в формулу изобретения, пунктами формулы изобретения, содержащими только один такой перечисленный элемент, даже когда тот же пункт формулы изобретения включает вводные фразы "один или несколько" или "по меньшей мере один" и существительные в единственном числе (например, существительное в единственном числе обычно следует интерпретировать как "по меньшей мере один" или "один или несколько"); все вышесказанное распространяется на применение существительных во множественном числе для введения перечислений элементов в формулу изобретения. Кроме того, даже если при перечислении элементов, введенном в формулу изобретения, ясно указано конкретное число, специалистам в данной области следует иметь в виду, что такое перечисление элементов обычно следует интерпретировать как по меньшей мере указанное число (например, выражение "два перечисленных элемента" без других модификаторов обычно означает по меньшей мере два перечисленных элемента или два или более перечисленных элементов). Кроме того, в тех случаях, когда применяют условное обозначение, такое как "по меньшей мере один элемент из A, B и C и т.д.", обычно такая конструкция подразумевает тот смысл, в котором специалисты в данной области могут понять данное условное обозначение (например, "система, включающая по меньшей мере один элемент из A, B и C" может включать (но не ограничивается перечисленным) системы, которые включают только A, только B, только C, вместе A и B, вместе A и C, вместе B и C и/или вместе A, B и C и т.д.). В тех случаях, когда применяют условное обозначение, такое как "по меньшей мере один элемент из A, B или C и т.д.", обычно такая конструкция подразумевает тот смысл, в котором специалисты в данной области могут понять данное условное обозначение (например, "система, включающая по меньшей мере один элемент из A, B или C" может включать (но не ограничивается перечисленным) системы, которые включают только A, только B, только C, вместе A и B, вместе A и C, вместе B и C и/или вместе A, B и C и т.д.). Кроме того, специалистам в данной области следует иметь в виду, что обычно наличие разделительного слова и/или разделительной фразы между двумя или более альтернативными выражениями, либо в описании, либо в формуле изобретения, либо на чертежах, следует рассматривать как возможность включения одного из данных выражений, любого из данных выражений или обоих данных выражений, если только контекст не предписывает иного. Например, следует иметь в виду, что фраза "A или B" обычно включает возможности "A" или "B" или "A и B".

Специалистам в данной области следует иметь в виду, что операции, перечисленные в прилагаемой формуле изобретения, обычно можно осуществлять в любом порядке. Кроме того, хотя различные технологические маршруты представлены последовательно, следует иметь в виду, что различные операции можно осуществлять в другом порядке, отличном от проиллюстрированного порядка, или их можно осуществлять одновременно. Примеры другого порядка осуществления операций могут включать перекрывание операций, чередование операций, прерывание операций, переупорядочение операций, поэтапный порядок, предварительные операции, дополнительные операции, одновременные операции, обратный порядок или другие варианты порядка осуществления операций, если только контекст не предписывает иного. Кроме того, такие выражения как "реагирующий на", "зависящий от" или другие прилагательные в прошедшем времени обычно не подразумевают исключительно такие варианты, если только контекст не предписывает иного.

Таким образом, в данном описании и в формуле изобретения предложена тепловыделяющая сборка ядерного реактора, выполненная с обеспечением возможности расширения ядерного топлива, содержащегося в данной тепловыделяющей сборке.

Хотя в данном документе были описаны различные аспекты и воплощения данного изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие аспекты и воплощения данного изобретения. Различные аспекты и воплощения данного изобретения описаны в данном документе в иллюстративных целях и не подразумевают ограничения, причем объем защиты настоящего изобретения указан в нижеследующей формуле изобретения.