УПРАВЛЕНИЕ ЯДЕРНЫМ РЕАКТОРОМ И ЕГО МОДЕЛИРОВАНИЕ Российский патент 2015 года по МПК G21C1/04 

Область изобретения

[0001] Настоящая заявка касается ядерных реакторов и систем, приложений и устройств, относящихся к ним.

Суть изобретения

[00021 Иллюстративные варианты осуществления предусматривают работу и моделирование работы ядерных реакторов. Иллюстративные варианты осуществления и аспекты включают, кроме прочего, ядерные реакторы деления и модули реактора, включая модульные ядерные реакторы и модули реактора, дефлаграционные волновые ядерные реакторы и модули реактора, модульные дефлаграционные волновые-ядерные реакторы и модули, способы эксплуатации ядерных реакторов и модулей, включая вышеупомянутые, способы моделирования эксплуатации ядерных реакторов и модулей, включая вышеупомянутые, и т.п.

[0003] Предшествующее описание сути изобретение является исключительно примерным и не предназначено быть ни в коей мере ограничивающим. Кроме иллюстративных аспектов, вариантов осуществления и признаков, описанных выше, другие аспекты, варианты осуществления и признаки будут понятны при обращении к графическим материалам и следующему подробному описанию.

Краткое описание графических материалов

[0004] Сопутствующие графические материалы, которые включены в данный документ и образуют часть описания, показывают настоящее изобретение на примере и, вместе с описанием, также служат для объяснения принципов изобретения и дают возможность специалисту в данной области техники сконструировать и использовать изобретение.

[0005] Фиг.1a представляет собой схематическое изображение примерного ядерного реактора;

[0006] Фиг.1b представляет собой общий вид в схематической форме иллюстративного модульного дефлаграционного волнового ядерного реактора;

[0007] Фиг.1c схематически иллюстрирует пример жидкостного охлаждения;

[0008] Фиг.2a и 2b схематически иллюстрируют пример тепловыделяющих сборок ядерного деления;

[0009] Фиг.3 схематически иллюстрирует пример несмежных материалов ядерного топлива;

[0010] Фиг.4 схематически иллюстрирует пример модульной активной зоны ядерного реактора;

[0011] Фиг.5a и фиг.5b схематически иллюстрируют примеры конструкций, влияющих на нейтроны;

[0012] Фиг.6a и 6b схематически иллюстрируют примеры радиоактивного облучения и движения материала;

[0013] Фиг.7a-7c схематически иллюстрируют примеры контроля температуры ядерной реактивности;

[0014] Фиг.8a-8c схематически иллюстрируют примеры ячеек и групп ячеек;

[0015] Фиг.9 иллюстрирует пример кривой выхода продуктов деления;

[0016] Фиг.10 схематически иллюстрирует пример системы управления реактором; и

[0017] Фиг.11-22 представляют собой блок-схемы иллюстративных способов, связанных с моделированием и/или управлением ядерными реакторами.

[0018] Настоящее изобретение теперь будет описано в отношении сопутствующих графических материалов. На графических материалах похожие позиции могут указывать на идентичные или схожие элементы. Кроме того, крайняя слева цифра(ы) позиции может определять изображение, на котором впервые появляется эта позиция.

Подробное описание изобретения

Введение

[0019] В следующем подробном описании производятся отсылки к сопутствующим графическим материалам, которые образуют его часть. В графических материалах, как правило, подобные символы обозначают подобные компоненты, если только контекст не подразумевает иного. Иллюстративные варианты осуществления, описанные в подробном описании, графические материалы и формула изобретения не подразумеваются как ограничивающие. Могут использоваться другие варианты осуществления, и могут производиться другие изменения, не отходя от сути или объема представленного объекта.

[0020] Надо понимать, что для интерпретации формулы изобретения следует использовать раздел «Подробное описание», а не разделы «Суть изобретения» и «Реферат».

Разделы «Суть изобретения» и «Реферат» могут излагать один или несколько, а не все иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, как предполагается изобретателем (изобретателями), и, следовательно, никоим образом не предназначены для ограничения настоящего изобретения и прилагаемой формулы.

[0021] Хотя обсуждаются специфические конфигурации и конструкции, следует понимать, что это делается исключительно с иллюстративной целью. Специалист в данной области техники поймет, что, не отходя от сути и объема настоящего изобретения, могут быть использованы другие конфигурации и конструкции. Специалисту в данной области техники будет ясно, что это изобретение также может использоваться во множестве других устройств. Объем изобретения не ограничивается раскрываемыми вариантами осуществления. Изобретение определяется прилагаемой формулой изобретения.

[0022] Отсылки к «одному варианту осуществления», «варианту осуществления», «этому варианту осуществления», «примерному варианту осуществления» и т.п. означают, что описываемый вариант осуществления может включать конкретный признак, конструкцию или характеристику, но каждый вариант осуществления не обязательно должен включать конкретный признак, конструкцию или характеристику. Более того, такие фразы не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Также, когда конкретный признак, конструкция или характеристика описываются в связи с каким-то вариантом осуществления, понятно, что осуществление такого признака, конструкции или характеристики возможно на известном уровне техники специалистом в данной области в связи с другими вариантами осуществления, независимо от того, описываются ли они явно или нет.

[0023] В некоторых случаях один или более компонентов могут описываться здесь как «приспособленные для», «приспособляемые для», «применимые/применяемые для», «адаптированные/адаптируемые», «пригодные для», «соответственные/соответствующие для», и т.п. Специалист в данной области техники поймет, что такие термины (например, «приспособленный для») могут в целом охватывать активные компоненты, и/или неактивные компоненты, и/или компоненты в состоянии ожидания, если только контекст не подразумевает иного.

[0024] Специалист в данной области техники признает, что состояние техники дошло до той точки, где остается мало различия между аппаратными, программными и/или программно-аппаратными реализациями аспектов систем; использованием аппаратного, программного и/или программно-аппаратного обеспечения обычно (но не всегда, ибо в определенных условиях выбор между аппаратным и программным обеспечением может стать существенным) является конструкторским выбором, представляющим компромисс между ценой и эффективностью. Специалист в данной области техники поймет, что существуют различные механизмы, посредством которых процессы и/или системы, и/или другие технологии, описанные здесь, могут быть реализованы (например, аппаратное, программное и/или программно-аппаратное обеспечение), и что предпочтительный механизм будет зависеть от условий, в которых осуществляются процессы, и/или системы, и/или другие технологии. Например, если конструктор определяет, что скорость и точность являются главными, конструктор может сделать выбор в пользу преимущественно аппаратного и/или аппаратно-программного механизма; в другом случае, если главенствующей является гибкость, конструктор может сделать выбор в пользу преимущественно программной реализации; или, еще в другом случае, конструктор может сделать выбор в пользу некой комбинации аппаратного, программного и/или программно-аппаратного обеспечения. Следовательно, существует несколько возможных механизмов, посредством которых могут быть осуществлены процессы, и/или устройства, и/или другие технологии, описанные здесь, ни один из которых не является по своей сути превосходящим другие, имея в виду, что любой механизм может быть использован как выбор, зависящий от условий, в которых механизм будет реализовываться, и конкретных целей конструктора (например, скорости, гибкости или предсказуемости), каждая из которых может изменяться. Специалист в данной области техники поймет, что видимые аспекты осуществлений будут, как правило, использовать ориентированное на зрительное восприятие аппаратное, программное и/или аппаратно-программное обеспечение.

[0025] Вышеупомянутое подробное описание приводит различные варианты осуществления устройств и/или процессов при помощи блок-схем, структурных схем и/или примеров. Ввиду того, что блок-схемы, структурные схемы и/или примеры содержат одну или более функций и/или операций, специалисту в данной области техники будет понятно, что каждая функция и/или операция в таких блок-схемах, структурных схемах или примерах может быть реализована, отдельно и/или совместно, посредством широкого набора аппаратного, программного, программно-аппаратного обеспечения или фактически любой их комбинацией. В одном варианте осуществления несколько частей описываемого объекта изобретения могут реализовываться при помощи специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых пользователем логических матриц (FPGA), процессоров цифровых сигналов (DSP) или других интегрированных структур. Однако специалист в данной области техники поймет, что некоторые аспекты описываемых здесь вариантов осуществления, частично или полностью, равным образом могут быть реализованы интегральными микросхемами, в виде одной или большего числа компьютерных программ, работающих на одном или большем числе компьютеров (например, в виде одной или более программ, работающих на одной или более компьютерных системах), в виде одной или более программ, работающих на одном или более процессорах (например, в виде одной или более программ, работающих на одном или более микропроцессорах), в виде программно-аппаратного обеспечения или практически любой их комбинации и что проектирование схем и/или написание кода для программного и/или программно-аппаратного обеспечения будет вполне по силам специалисту в данной области техники в свете этого раскрытия. Кроме того, специалист в данной области техники поймет, что механизмы обсуждаемого объекта изобретения, описанного здесь, могут быть распространены в качестве программного продукта во множестве форм и что иллюстративный вариант осуществления рассматриваемого объекта изобретения, описываемый здесь, применим независимо от конкретного типа среды передачи сигналов, используемой для фактического распространения. Примеры сред распространения сигналов включают, кроме прочего, следующее: перезаписываемые носители, такие как дискета, жесткий диск, компакт-диск (CD), цифровой видеодиск (DVD), лента цифровой записи, память компьютера, и т.п.; и среду передачи, такую как цифровая и/или аналоговая среда связи (например, оптоволоконный кабель, волновод, проводная линия связи, беспроводная линия связи (например, передатчик, приемник, логика передачи, логика приема, и т.п.), и т.п.).

[0026] В общих чертах, иллюстративные варианты осуществления представляют ядерные реакторы и устройства, а также способы их эксплуатации и моделирования. Иллюстративные варианты осуществления и аспекты включают, кроме прочего, ядерные реакторы и модули реактора, включая модульные ядерные реакторы и модули реактора, дефлаграционные волновые ядерные реакторы и модули реактора, модульные дефлаграционные волновые ядерные реакторы и модули, способы эксплуатации ядерных реакторов и модулей, включая вышеупомянутые, способы моделирования эксплуатации ядерных реакторов и модулей, включая вышеупомянутые, и т.п.

[0027] По-прежнему в качестве обзора и согласно фиг.1a иллюстративный ядерный реактор 10 будет обсуждаться в качестве примера, а не ограничения. Ядерный реактор 10 может быть, кроме прочего, дефлаграционным волновым ядерным реактором. Реактор 10 соответственно включает активную зону 100 ядерного реактора, расположенную в корпусе 12 реактора, и систему охлаждения реактора, имеющую один или несколько контуров 14 охлаждения реактора.

[0028] Реактор может быть модульной конструкции, включая один или несколько модулей ядерного реактора, - см., например, примерный модульный реактор 50, показанный на фиг.1b. Каждый модуль 12 реактора может быть оперативно соединен движением флюидов по меньшей мере с одним теплоотводом 58 при помощи системы 56 охлаждения реактора. Таким образом, каждый из модулей ядерного реактора сам по себе может рассматриваться как полная, автономная система ядерного реактора. Модуль ядерного реактора может соединяться при помощи нейтронов по меньшей мере с одним соседним модулем реактора. Таким образом, соседние модули реактора могут быть нейтронно-связанными, хотя и физически разделенными друг от друга.

[0029] Для того чтобы обеспечить понимание управления и моделирования реакторов, таких как реактор 10 и реактор 50, сначала будет изложена иллюстративная нуклеоника активной зоны, предоставляемая в качестве неограничивающих примеров. Хотя рассматриваются многие варианты осуществления реакторов, некоторые из этих неограничительных примеров раскрываются в заявке на патент США №12/069,907 под названием «MODULAR NUCLEAR FISSION REACTOR», авторы AHLFELD, CHARLES E., GILLELAND, JOHN ROGERS, HYDE, RODERICK A., ISHIKAWA, MURIEL Y., MCALEES, DAVID G., MYHRVOLD, NATHAN P., WHITMER, CHARLES и WOOD, LOWELL L., поданной 12 февраля 2008, заявке на патент США №11/605,943 под названием «AUTOMATED NUCLEAR POWER REACTOR FOR LONG-TERM OPERATION», авторы RODERICK A. HYDE/MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD и LOWELL L. WOOD, JR., поданной 28 ноября 2006, заявке на патент США №11/605,848 под названием «METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING FUEL IN A NUCLEAR REACTOR», авторы RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD и LOWELL L. WOOD, JR., поданной 28 ноября 2006, и заявке на патент США №11/605,933 под названием «CONTROLLABLE LONG TERM OPERATION OF A NUCLEAR REACTOR», авторы RODERICK A. HYDE, MURIEL Y. ISHIKAWA, NATHAN P. MYHRVOLD и LOWELL L. WOOD, JR., поданной 28 ноября 2006, полное содержание которых включается в данный документ ссылкой во всей их полноте. Далее будут представлены подробности, касающиеся нескольких иллюстративных вариантов осуществления и аспектов реакторов.

Учитываемые факторы

[0030] Перед обсуждением подробностей реакторов, таких как реактор 10 и реактор 50, будут представлены некоторые факторы в отношении вариантов осуществления реактора в виде обзора, но их не нужно интерпретировать как ограничения. Некоторые варианты осуществления реактора затрагивают многие факторы, обсуждаемые ниже. С другой стороны, некоторые другие варианты осуществления реактора могут затрагивать однн или немногие избранные факторы и не требуют включения всех факторов, обсуждаемых ниже.

[0031] Некоторые из видов ядерного топлива, представляемые для использования в вариантах осуществления реактора, как правило, широко доступны, такие как, кроме прочего, уран (природный, обедненный или обогащенный), торий, плутоний или даже отработанные топливные ядерные сборки. Другие, менее широко доступные, виды ядерного топлива, такие как, кроме прочего, другие элементы-актиноиды или их изотопы, могут использоваться в вариантах осуществления реактора. Хотя некоторые варианты осуществления реактора предполагают долгосрочную эксплуатацию на полной мощности или некоторой ее части, на протяжении порядка ¹/₃ столетия или ¹/₂ столетия или дольше, один аспект некоторых вариантов осуществления реактора не предполагает перезагрузки ядерного топлива. Однако другие варианты осуществления реактора предполагают перезагрузку ядерного топлива. В некоторых случаях варианты осуществления могут предполагать захоронение на месте после выработки ресурса. Перезагрузка ядерного топлива может происходить во время периодов остановки и/или в работающем режиме. Также предполагается, что переработки топлива ядерного деления в некоторых случаях можно избегать, тем самым сокращая возможности для нецелевого использования, например военного, и других проблем.

[0032] Некоторые варианты осуществления реактора могут располагаться под землей, тем самым решая проблему больших, непредвиденных утечек и малых, установившихся утечек радиоактивности в биосферу. Некоторые варианты осуществления могут содержать минимум ручного управления, тем самым автоматизируя эти варианты осуществления насколько это возможно. В некоторых вариантах осуществления предполагается конструкция с ориентацией на жизненный цикл, при этом эти варианты осуществления могут работать от запуска до отключения в конце жизненного цикла. В некоторых конструкциях, ориентированных на жизненный цикл, варианты осуществления могут работать в значительной мере полностью автоматически. Некоторые варианты осуществления приспосабливаются для модульного конструирования. Наконец, некоторые варианты осуществления могут проектироваться с высокой плотностью энерговыделения или избранными плотностями энерговыделения, соответствующими множеству конструктивных факторов, таких как критерий выгорания, энергетические потребности, факторы нейтронного потока и другие параметры.

[0033] Во время работы материалы (например, элементы и изотопы элементов) в реакторе, особенно в области активной зоны реактора, изменяются со временем. Например, атомы топлива делятся на продукты деления. Атомы топлива, конструкционные материалы, поглотители (поглотители продуктов деления или поглотители, преднамеренно размещенные в реакторе) и так далее, могут поглощать нейтроны и превращаться в другие изотопы или элементы. Эти изменения могут учитываться конструкцией и управлением реактора как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Возможность перемещать материалы через активную зону может увеличивать срок эффективной эксплуатации реактора.

[0034] Некоторые признаки различных вариантов осуществления реактора являются результатом некоторых из вышеуказанных факторов. Например, желание одновременно достичь эксплуатации в течение ¹/₃-¹/₂ столетия (или более) при полной мощности без остановки для перезагрузки ядерного топлива и избежать переработки ядерного топлива может повлечь за собой использование спектра быстрых нейтронов. В качестве другого примера, в некоторых вариантах осуществления отрицательный температурный коэффициент реактивности (αТ) проектируется в реакторе, например при помощи отрицательной обратной связи на местной реактивности, реализуемой сильными поглотителями нейтронов или другими подходами контроля за реактивностью. В качестве альтернативы или дополнительно, некоторые варианты осуществления конфигурируются, чтобы контролировать процесс деления в целом или частично путем достижения спектрального сдвига в нейтронном потоке, используя способы спектрального контроля, такие как вытеснение и/или вставка замедлителя нейтронов на некоторый период времени. В качестве другого примера, в некоторых модульных вариантах осуществления с дефлаграционной волной распределенный термостат дает возможность распространения в режиме дефлаграционной волны при горении ядерного топлива. Этот режим одновременно обеспечивает высокое среднее выгорание необогащенного актиноидного топлива, такого как природный уран или торий, и использование сравнительно небольшой области «инициатора ядерного деления» умеренного изотопного обогащения материалов ядерного деления в топливной загрузке активной зоны. В качестве другого примера, в некоторых вариантах осуществления множественное резервирование обеспечивается в первичном и вторичном охлаждении активной зоны.

Иллюстративные варианты осуществления ядерных реакторов деления

[0035] Теперь, когда были изложены некоторые факторы относительно некоторых вариантов осуществления реактора, будут пояснены дальнейшие подробности, касающиеся иллюстративного варианта осуществления ядерных реакторов. Необходимо подчеркнуть, что следующее описание иллюстративных вариантов осуществления ядерного реактора дается лишь путем неограничивающих примеров, а не путем ограничения. Как упомянуто выше, рассматриваются несколько вариантов осуществления реакторов, равно как и дополнительных аспектов реактора 10. После обсуждения подробностей, касающихся иллюстративного варианта осуществления реактора 10, также будут обсуждены и другие варианты осуществления и аспекты.

[0036] Рассмотрим далее фиг.1a, иллюстративный вариант осуществления реактора 10 включает блок 100 активной зоны реактора, который располагается в силовом корпусе 12 реактора. Рассматриваются несколько вариантов осуществления и аспектов блока 100 активной зоны реактора, которые будут обсуждены позже. Некоторые из признаков, которые будут обсуждаться далее подробно, включают материалы ядерного топлива и соответствующую им нуклеонику, тепловыделяющие сборки, геометрию топлива и эксплуатацию и моделирование блока 100 активной зоны реактора в полной системе реактора.

[0037] Силовой корпус 12 реактора - это, соответственно, любой приемлемый силовой корпус, известный в данной области техники, и может быть изготовлен из любых материалов, приемлемых для использования в силовых корпусах реактора, как, например, кроме прочего, нержавеющая сталь. В силовом корпусе 12 реактора блок 100 активной зоны окружают отражатель нейтронов (не показан) и радиационный экран (не показан). В некоторых вариантах осуществления силовой корпус 12 реактора размещается под землей. В таких случаях силовой корпус 12 реактора может также служить контейнером для захоронения блока 100 активной зоны реактора. В этих вариантах осуществления силовой корпус 12 реактора соответственно окружается областью (не показана) изоляционного материала, такого как сухой песок, для долговременной изоляции от окружающей среды. Область (не показана) изоляционного материала может иметь размер около 100 метров в диаметре. Однако в других вариантах осуществления силовой корпус 12 реактора располагается на или вблизи поверхности Земли.

[0038] Контуры 14 охлаждения реактора переносят тепло от ядерного деления в блоке 100 активной зоны реактора к прикладным теплообменникам 16. Теплоноситель реактора может выбираться по желанию для конкретного применения. В некоторых вариантах осуществления теплоноситель реактора -это, соответственно, газ гелий (Не). В других вариантах осуществления теплоноситель реактора, соответственно, может быть представлен другими сжатыми инертными газами, такими как неон, аргон, криптон, ксенон или другими текучими средами, такими как вода или газообразный или сверхтекучий углекислый газ, или жидкими металлами, такими как натрий или свинец, или металлическими сплавами, такими как Рb-Bi, или органическими теплоносителями, такими как полифенилы или фторуглероды. Контуры охлаждения реактора, соответственно, могут изготавливаться из тантала (Та), вольфрама (W), алюминия (Аl), стали или других железистых или нежелеэных групп сплавов или сплавов на основе титана или циркония, или из других металлов и сплавов, или из других конструкционных материалов или композитов, по желанию.

[0039] В некоторых вариантах осуществления прикладные теплообменники 16 могут быть парогенераторами, которые генерируют пар, подающийся в качестве первичного источника энергии для ротационных машин, таких как электрические турбогенераторы 18 в электрогенерирующей станции 20. В таком случае блок 100 активной зоны реактора, соответственно, эксплуатируется при высоком рабочем давлении и температуре, такой как выше 1000 К или около, а пар, генерируемый в парогенераторе, может быть перегретым паром. В других вариантах осуществления прикладной теплообменник 16 может быть любым парогенератором, который генерирует пар при более низких давлениях и температурах (то есть не обязательно перегертый пар), а блок 100 активной зоны реактора эксплуатируется при температурах ниже примерно 550 К. В таких случаях прикладные теплообменники 16 могут обеспечивать технологическое тепло для таких устройств, как опреснительные установки для морской воды или для обработки биомассы путем перегонки в этанол или подобное.

[0040] Необязательные охладительные насосы 22 реактора перекачивают теплоноситель реактора через блок 100 активной зоны реактора и прикладные теплообменники 16. Обратите внимание, что хотя характерный вариант осуществления показывает насосы и циркуляцию, приводимую в движение силой тяжести, другие подходы могут не применять насосов или циркуляционных систем или быть другим образом, но похоже геометрически ограниченными.Охладительные насосы 22 реактора, соответственно, могут предусматриваться, когда блок 100 активной зоны реактора расположен приблизительно вертикально в одной плоскости с прикладными теплообменниками 16, так что термальный движущий напор не генерируется. Охладительные насосы 22 реактора могут также предоставляться, когда блок 100 активной зоны реактора располагается под землей. Однако когда блок 100 активной зоны реактора располагается под землей или любым таким образом, что блок 100 активной зоны реактора вертикально разнесен ниже прикладных теплообменников 16, движущий термальный напор может образовываться между теплоносителем реактора, выходящим из силового корпуса 12 реактора, и теплоносителем реактора, выходящим из прикладных теплообменников 16 при более низкой температуре, чем у теплоносителя реактора, выходящего из силового корпуса 12 реактора. При наличии существенного движущего термального напора нет необходимости предоставлять охладительные насосы 22 реактора для обеспечения значительной циркуляции теплоносителя реактора через блок 100 активной зоны реактора, чтобы отводить тепло от деления во время работы на мощности.

[0041] В некоторых вариантах осуществления может предоставляться более одного контура 14 охлаждения реактора, тем самым обеспечивая избыточность на случай неисправности, такой как аварийная потеря теплоносителя, аварийная потеря потока, течь из первичного во вторичный контур или т.п. для любого другого из контуров 14 охлаждения реактора. Каждый контур 14 охлаждения реактора может оцениваться для эксплуатации с полной мощностью, хотя некоторые применения могут снимать это ограничение.

[0042] В некоторых вариантах осуществления запорные элементы 24, такие как запорные клапаны охлаждения реактора, предоставляются на линиях системы 14 охлаждения реактора. В каждом контуре 14 охлаждения реактора запорный элемент 24 может предоставляться на выпускной линии из силового корпуса 12 реактора и на обратной линии к силовому корпусу 12 реактора из выхода прикладного теплообменника 16. Запорные элементы 24 могут быть быстродействующими клапанами, которые быстро закрываются в аварийных условиях, таких как определение значительного захвата теплоносителем реактора продуктов деления. Запорные элементы 24 могут предоставляться в дополнение к резервной системе автоматически активируемых клапанов (не показана).

[0043] Один или более теплоотводящих теплообменников 26 предоставляются для удаления тепла ядерного деления (остаточного тепла). Теплоотводящий теплообменник 26 включает первичный контур, который приспособлен прокачивать теплоноситель удаления остаточного тепла через блок 100 активной зоны реактора. Теплоотводящий теплообменник 26 включает вторичный контур, который соединен со спроектированной теплоотводящей теплопроводной сетью (не показана). В некоторых случаях, например для избыточности, может предоставляться более одного теплоотводящего теплообменника 26. Теплоотводящий теплообменник 26 может размещаться на расстоянии но вертикали над блоком 100 активной зоны реактора, так что предоставляется достаточный движущий термальный напор, чтобы обеспечивать естественный поток теплоносителя удаления остаточного тепла без необходимости в насосах теплоносителя удаления остаточного тепла. Однако в некоторых вариантах осуществления могут предоставляться насосы удаления остаточного тепла (не показаны). Охладительные насосы реактора могут использоваться для удаления остаточного тепла, где это уместно.

[0044] Теперь, когда был предоставлен обзор иллюстративного варианта осуществления реактора 10, будут обсуждены другие варианты осуществления и аспекты. Во-первых, будут рассмотрены варианты осуществления и аспекты блока 100 активной зоны реактора. Обзор блока 100 активной зоны реактора и его нуклеоники будет изложен в первую очередь, после чего будут идти описания иллюстративных вариантов осуществления и других аспектов блока 100 активной зоны реактора.

[0045] Приведенные в форме обзора и описанные общими терминами, структурные компоненты блока 100 активной зоны реактора могут изготавливаться из тантала (Та), вольфрама (W), рения (Re), различных сплавов, включая стали, такие как мартенситные нержавеющие стали (например, НТ9), аустенитные нержавеющие стали (например, тип 316), или углеродные композиты, керамику, или подобное, кроме прочего. Эти материалы являются подходящими из-за высоких температур, при которых эксплуатируется блок 100 активной зоны реактора, и из-за их сопротивления ползучести в течение предполагаемого срока эксплуатации на полной мощности, механической обрабатываемости и коррозионной стойкости. Структурные компоненты могут изготавливаться из однокомпонентных материалов или из сочетаний материалов (например, покрытия, сплавы, многослойные материалы, композиты и т.п.). В некоторых вариантах осуществления блок 100 активной зоны реактора функционирует при существенно более низких температурах, так что для структурных компонентов можно использовать и другие материалы, такие как алюминий (Аl), сталь, титан (Ti) или подобные, отдельно или совместно.

[0046] В вариантах осуществления с дефлаграционной волной блок 100 активной зоны реактора может включать малый воспламенитель ядерного деления и более крупную область распространения горящей дефлаграционной волны ядерного деления. Область распространения горящей дефлаграционной волны ядерного деления соответственно содержит ториевое или урановое топливо и работает на общем принципе размножения деления спектром быстрых нейтронов. В некоторых вариантах осуществления с дефлаграционной волной равномерная температура по всему блоку 100 активной зоны реактора поддерживается термостатными модулями, которые регулируют локальный поток нейтронов и тем самым контролируют локальную выработку энергии. Некоторые примеры вариантов осуществления с дефлаграционной волной также обсуждаются в вышеупомянутой заявке на патент США №11/605,933 под названием «CONTROLLABLE LONG TERM OPERATION OF A NUCLEAR REACTOR» («заявка '933»), которая включается в данный документ при помощи ссылки во всей свой полноте.

[0047] Ядерные реакторы могут быть модульными. Рассмотрим далее фиг.1b, показывается примерный модульный реактор 50. Подчеркивается, что следующее описание иллюстративного варианта осуществления реактора 50 дается лишь при помощи неограничивающего примера, а не ограничения. Как упомянуто выше, рассматриваются несколько вариантов осуществления реакторов, такие как реакторы 10 и 50, равно как и другие аспекты реакторов. Признаки, показанные в реакторах 10 и 50, могут реализовываться отдельно или в любом подходящем сочетании. После обсуждения подробностей, касающихся иллюстративного варианта осуществления реактора 50, также будут обсуждаться другие варианты осуществления и аспекты.

[0048] Модульный реактор 50 показан при помощи примера и не ограничивает модульные реакторы тороидальным размещением или любым другим размещением модулей 52 реактора. Будет понятно, что не предполагается никакого ограничения в виде такого геометрического размещения или любого геометрического размещения какого бы то ни было типа. С этой целью дополнительные размещения модулей 52 реактора будут более подробно обсуждаться ниже. В целях краткости описание дополнительных размещений модулей 52 реактора ограничивается теми, которые иллюстрируются в данном документе. Однако будет ясно, что модули 52 реактора могут быть размещены любым образом, который будет желателен и сможет обеспечивать нейтронное соединение смежных модулей 52 дефлаграционного волнового ядерного реактора.

[0049] Как обсуждается выше, иллюстративный модульный реактор 50 соответственно содержит модули 52 реактора. Каждый модуль 52 реактора может соответственно включать активную зону 54 реактора и систему 56 охлаждения реактора. Каждый модуль 52 дефлаграционного волнового ядерного реактора может оперативно соединяться сообщением текучей средой по меньшей мере с одним теплоотводом 58 посредством одной или более связанных систем 56 охлаждения реактора. То есть каждый модуль 52 реактора соответственно может рассматриваться сам по себе как полный, автономный ядерный реактор. Модуль 52 реактора может быть при помощи нейтронов соединен по меньшей мере с одним смежным модулем 52 реактора. Хотя рассматриваются многие варианты осуществления модульного реактора 50, общим признаком среди многих рассматриваемых вариантов осуществления модульного реактора 50 является нейтронное соединение смежных модулей 52 реактора посредством порождения дефлаграционной волны ядерного деления, или «фронта горения», как подробнее обговаривается в вышеупомянутой заявке на патент США №12/069,907 под названием «MODULAR NUCLEAR FISSION REACTOR» («заявка '907»), которая включается в данный документ во всей свой полноте при помощи ссылки.

[0050] Рассмотрим далее фиг.1c, тепловая энергия может быть извлечена из активной зоны ядерного реактора деления согласно другому варианту осуществления. В ядерном реакторе 110 ядерное деление возникает в теплогенерирующей области 120 (например, в содержащей топливо активной зоне или распространяется в горящем волновом фронте). Теплопоглощающий материал 160, такой как конденсированная фаза плотной жидкой среды (например, вода, жидкие металлы, терфенилы, полифенилы, фторуглероды, FLIBE (2LiF-BeF2) и т.п.), течет через область 120, как указано стрелкой 150, и тепло переносится из теплогенерирующей области 120 в теплопоглощающий материал 160. В некоторых вариантах осуществления, например ядерных реакторах на быстрых нейтронах, теплопоглощающий материал 160 выбирают как ядерно-инертный материал (такой как Не4), чтобы минимально возмущать спектр нейтронов. В других вариантах осуществления ядерного реактора 110 содержание нейтронов является существенно устойчивым, так что приемлемо использование неядерно-инертного теплопоглощающего материала 160. Теплопоглощающий материал 160 течет (например, при помощи естественной конвекции или вынужденного перемещения) в область 130 извлечения тепла, которая в значительной мере находится вне теплового контакта с теплогенерирующей областью 120. Тепловая энергия 140 извлекается из теплопоглощающего материала 160 в области 130 извлечения тепла. Теплопоглощающий материал 160 после извлечения тепловой энергии 140 в области 130 извлечения тепла может находиться или в жидком состоянии, или в многофазном состоянии, или в значительной мере газообразном состоянии.

Характерные перемещения материалов ядерного реактора

[0051] Топливные материалы включают не только топливные материалы, но и конструкционные материалы (например, оболочку). Рассмотрим далее фиг.2a, реактор 200, который может включать любой тип ядерного реактора, включая описанные в данном документе в любом другом месте, может включать тепловыделяющие сборки 210 ядерного деления, расположенные в нем. Следующее обсуждение содержит подробности примерных тепловыделяющих сборок 210 ядерного деления, которые могут быть использованы в реакторе 200. Рассмотрим далее фиг.2b, предоставленную в качестве неограничивающего примера, в одном варианте осуществления тепловыделяющая сборка 210 ядерного деления соответственно включает тепловыделяющую сборку 220 ядерного деления. В одном варианте осуществления тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления была «предварительно выжжена». Термин «предварительно выжжен» означает, что, по меньшей мере, некоторые составляющие тепловыделяющей сборки ядерного деления подверглись ядерному делению при помощи нейтронов и что изотопный состав топлива ядерного деления изменился. То есть тепловыделяющая сборка ядерного деления была помещена в нейтронный спектр или поток (быстрый или медленный), по меньшей мере некоторые составляющие подверглись ядерному делению при помощи нейтронов и в результате изотопный состав топлива ядерного деления изменился. Таким образом, предварительно выжженная тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления могла быть предварительно выжжена в любом реакторе, включая реактор 200, таком как, кроме прочего, реактор на легкой воде. Предварительно выжженное топливо деления (например, в предварительно выжженной тепловыделяющей сборке 220 ядерного деления) может быть химически не обработано после его предварительного выжига.

[0052] Подразумевается, что тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления может включать, кроме прочего, любой тип ядерно делимого материала, какого бы то ни было подходящего для прохождения деления в ядерном реакторе деления, такого как актиноидные или трансурановые элементы, такие как природный торий, природный уран, обогащенный уран или подобные. Тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления заключена в оболочку 224. Если тепловыделяющая сборка ядерного деления была предварительно выжжена, оболочка 224 может быть «оригинальной» оболочкой, в которой тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления была заключена до того, как была выжжена. В некоторых других вариантах осуществления предварительно выжженная тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления может не быть заключена в «оригинальную» оболочку 224. Например, предварительно выжженная тепловыделяющая сборка 220 ядерного деления может содержаться в ее оригинальной оболочке 224, а новая оболочка (не показана) может располагаться вокруг наружной поверхности оболочки 224. В некоторых вариантах осуществления новую оболочку составляют из секций оболочки (не показаны), которые конструируют таким образом, чтобы вмещать выпуклости в пустоты. В других вариантах осуществления новая оболочка может предоставляться в виде барьера, такого как трубка, предоставляемого между внешней поверхностью оболочки 224 и теплоносителем реактора (не показаны).

[0053] Рассмотрим далее фиг.3, примерная ядерная топливная конструкция 300 включает несмежные сегменты 320 ядерного топлива. Несмежные сегменты 320 могут быть в «нейтронном» контакте без физического контакта. Ядерная топливная конструкция 300 также может включать необязательный воспламенитель 310 ядерного деления. Как описано в вышеупомянутой заявке '933, воспламенитель 310 ядерного деления может использоваться в ядерных реакторах типа дефлаграционных волновых.

[0054] Рассмотрим далее фиг.4, модульная активная зона 400 может включать необязательный отражатель нейтронов/радиационный щит 410 и модульные сборки 420. Модульные сборки 420 могут быть модульными тепловыделяющими сборками, имеющими некоторое содержание топлива. Модульные сборки могут также быть модульными поглощающими сборками (имеющими некоторое содержание вещества, поглощающего нейтроны), модульными конструктивными сборками (служащими в основном для конструктивных целей), модульными сборками полезной нагрузки (спроектированными нести полезную нагрузку, например, материал, который должен подвергаться действию нейтронного потока), модульными пустыми сборками (служащими просто как заполнитель, например, чтобы уменьшать нуклонные, потоковые, структурные и термальные возмущения, вызванные пустотой или пустотой, заполненной теплоносителем и/или замедлителем) или любым сочетанием вышеназванного.

[0055] Модульные сборки 420 размещаются, как необходимо, в хранилищах 430 сборок. Модульная активная зона 400 может эксплуатироваться множеством способов. Например, все хранилища 430 сборок в модульной активной зоне 400 могут быть полностью заполнены модульными тепловыделяющими сборками 420 до начальной эксплуатации. Например, в вариантах осуществления ядерного реактора с распространяющейся дефлаграционной волной «до начальной эксплуатации» означает до возникновения и распространения фронта горения распространяющейся дефлаграционной волны ядерного деления в модульных тепловыделяющих сборках 420 или через них. В вариантах осуществления других реакторов «до начальной эксплуатации» означает до начальной критичности или до того, как модульная топливная активная зона подвергается воздействию нейтронного потока.

[0056] В качестве другого примера, модульные сборки 420 могут изыматься из их соответствующих хранилищ 430 сборок и по желанию замещаться другими модульными сборками 440 (того же или иного типа); это расположение обозначено стрелкой 444. Например, «выжженные» тепловыделяющие сборки могут замещаться «не выжженными» тепловыделяющими сборками, поглощающие сборки могут замещаться тепловыделяющими сборками и так далее. Другие модульные ядерные сборки 440 могут быть неиспользованными или могли быть ранее использованы. Например, в вариантах осуществления ядерного реактора с распространяющейся дефлаграционной волной модульные тепловыделяющие сборки 420 могут быть изъяты и замещены другими модульными тепловыделяющими ядерными сборками 440 после того, как волновой фронт дефлаграционного горения полностью распространится через модульные тепловыделяющие сборки 420. В других вариантах осуществления модульные сборки 420 могут быть изъяты и замещены другими модульными сборками 440 по какой-либо причине (например, тестирование или экспериментальные цели, перераспределение топлива или поглотителей, и т.п.). Такие стратегии замещения могут использоваться, чтобы продлить эксплуатацию модульной активной зоны 400, по желанию.

[0057] В качестве другого примера, модульной активной зоны 400 не должен быть полностью заполнен модульными сборками 420 до начальной эксплуатации. Например, меньше чем все хранилища 430 сборок могут быть заполнены модульными сборками 420. В таком случае количество модульных тепловыделяющих сборок, которые располагаются в модульной активной зоне 400, может определяться на основании многих предпосылок, таких как число доступных модульных тепловыделяющих сборок, потребность в энергии (например, электрическая нагрузка в ваттах), которая в конечном итоге будет наложена на модульную активную зону 400 и т.п. Таким образом, непрерывная или продленная эксплуатация модульной активной зоны 400 может быть реализована без начальной загрузки топливом всей модульной активной зоны 400 модульными тепловыделяющими сборками.

[0058] Будет понятно, что концепция модульности может быть расширена. Например, в других вариантах осуществления, модульный ядерный реактор может быть наполнен любым количеством активных зон ядерного реактора так же, как и модульная активная зона 400 может быть наполнена любым количеством модульных сборок 420. Для этого модульный ядерный реактор можно сопоставить с модульной активной зоной 400, а активные зоны реактора ядерного деления могут быть сопоставлены с модульными тепловыделяющими сборками 420. Несколько рассмотренных режимов эксплуатации, обсужденных выше для модульной активной зоны 400, таким образом, по аналогии применимы к модульному реактору ядерного деления.

[0059] Материалы активной зоны не в модульной сборке могут также передвигаться в активной зоне реактора. В данной области техники широко известен контроль реактивности (и, таким образом, - средней температуры активной зоны в работающем реакторе, имеющем отрицательный коэффициент реактивности) при помощи управляющих стержней или других устройств. Кроме того, другие конструкции, влияющие на нейтроны, рассматриваются в варианте осуществления изобретения. Например, рассмотрим далее фиг.5a и 5b, конструкции 530, влияющие на нейтроны, могут помещать вещества, влияющие на нейтроны, (например, поглощающие, отражающие, замедляющие, и т.п.) в реактор 500, включая ядерный реактор 550 с распространяющимся фронтом горения, для различных целей. В одном варианте осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, вносят в ядерное топливо поглотители нейтронов, такие, как, кроме прочего, Li-6, B-10, или Gd. В другом варианте осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, вносят замедлители нейтронов, такие, как, кроме прочего, углеводороды или Li-7, тем самым изменяя энергетический спектр нейтронов и тем самым изменяя нейтронную реактивность ядерного топлива в локальной области.

[0060] В некоторых случаях в реакторе 500 (включая ядерный реактор 550 с распространяющимся фронтом горения) действие замедлителей нейтронов связано с обстоятельными изменениями в энергетическом спектре нейтронов (например, совпадение или промах резонансов эффективного сечения), тогда как в других случаях действия связаны с понижением средней энергии нейтронов нейтронного окружения (например, понижение с «быстрых» энергий нейтронов до надтепловых или тепловых энергий нейтронов). В других случаях действие замедлителей нейтронов заключается в отклонении в выбранные места или от них. В некоторых вариантах осуществления одно из вышеупомянутых действий замедлителей нейтронов имеет особую важность, тогда как в других вариантах осуществления разнообразные действия имеют соизмеримую или меньшую конструкционную важность. В другом варианте осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, содержат и поглотители нейтронов, и замедлители нейтронов; в одном неограничительном примере расположение материала, поглощающего нейтроны, относительно положения материала, замедляющего нейтроны, изменяется, чтобы осуществлять контроль (например, при помощи экранирования или деэкранирования поглотителей или путем спектрального сдвига, чтобы увеличить или уменьшить поглощение поглотителей), в другом неограничительном примере контроль осуществляется путем изменения количества материала, поглощающего нейтроны, и/или материала, замедляющего нейтроны.

[0061] В вариантах осуществления, таких как ядерный реактор 550 с распространяющимся фронтом горения, волновой фронт дефлаграционного горения ядерного деления может направляться по желанию в области ядерного топлива, тем самым обеспечивая изменяющееся выгорание ядерного топлива. В ядерном реакторе 550 с распространяющимся фронтом горения волной фронт дефлаграционного горения 510 ядерного деления запускается и распространяется. Конструкции 530, влияющие на нейтроны, могут направлять или перемещать фронт горения 510 в направлениях, указанных стрелками 520. В одном варианте осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, вставляют поглотители нейтронов за фронтом горения 510, тем самым понижая или уменьшая нейтронную реактивность топлива, которое в данное время выжигается фронтом горения 510 относительно нейтронной реактивности топлива впереди фронта горения 510, тем самым увеличивая скорость распространения дефлаграционой волны ядерного деления. В другом варианте осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, вставляют поглотители нейтронов в ядерное топливо впереди фронта горения 510, тем самым замедляя распространение дефлаграционной волны ядерного деления. В других вариантах осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, вставляют поглотители нейтронов в ядерное топливо во фронте горения 510 или сбоку от него, тем самым изменяя эффективный размер фронта горения 510. В другом варианте осуществления конструкции 530, влияющие на нейтроны, вставляют замедлители нейтронов, тем самым изменяя энергетический спектр нейтронов и тем самым изменяя нейтронную реактивность ядерного топлива, которое в данное время выжигается фронтом горения 510, относительно нейтронной реактивности ядерного топлива впереди или позади фронта горения 510.

[0062] Таким образом, локальная нейтронная реактивность в реакторе 500 и фронт горения 510 в ядерном реакторе 550 с распространяющимся фронтом горения может направляться по желанию, согласно выбранной локальной скорости реакции или параметрам распространения. Например, параметры скорости локальной реакции могут включать скорость деления, плотность генерирования тепла, размеры поперечного сечения плотности энерговыделения или подобные. В ядерном реакторе 550 с фронтом горения параметры распространения могут включать направление распространения или ориентацию фронта горения 510, скорость распространения фронта горения 510, параметры потребляемой мощности, такие как плотность генерирования тепла, размеры поперечного сечения области горения, через которую должен распространяться фронт горения 510 (такие как осевой или продольный размер области горения относительно оси распространения фронта горения 510) или подобные. Например, параметры распространения могут выбираться так, чтобы контролировать пространственное или временное положение фронта горения 510, чтобы избегать неисправных или неверно работающих элементов управления (например, конструкций, влияющих на нейтроны, или термостатов), или подобное.

[0063] Конструкции 530, влияющие на нейтроны, можно активно контролировать и/или пассивно контролировать (например, программно). Активно контролируемые конструкции, влияющие на нейтроны, активно контролируются оператором и/или внешней системой управления. Пассивно контролируемые конструкции, влияющие на нейтроны, чувствительны к условиям в одном или большем количестве мест в активной зоне. Например, программируемые температурно-чувствительные конструкции, влияющие на нейтроны (примеры которых подробно обсуждаются к вышеупомянутой заявке '933), вводят и выводят поглощающий нейтроны или замедляющий нейтроны материал в топливную загрузку реактора 500 (включая варианты осуществления, такие как ядерный реактор 550 с распространяющимся фронтом горения) и из нее. Чувствительные к работающему температурному режиму программируемые температурно-чувствительные конструкции, влияющие на нейтроны, вводят поглощающий нейтроны или замедляющий нейтроны материал в топливную загрузку ядерного реактора, чтобы понизить рабочую температуру в ядерном реакторе, или удаляют поглощающий нейтроны или замедляющий нейтроны материал из топливной загрузки ядерного реактора, чтобы поднять рабочую температуру ядерного реактора.

[0064] Будет понятно, что температуры являются лишь одним примером контрольных параметров, которые могут использоваться, чтобы определять контрольные установки пассивно контролируемых или программируемых конструкций, влияющих на нейтроны. Неограничивающие примеры других контрольных параметров, которые можно использовать для определения контрольных установок программируемых конструкций, влияющих на нейтроны, включают уровни мощности, нейтронные уровни, нейтронный спектр, поглощение нейтронов, уровни выгорания топлива и т.п. В одном примере конструкции, влияющие на нейтроны, используются для контроля уровней выгорания топлива до относительно низких (например, <50%) уровней, чтобы получать высокоскоростное «размножение» ядерного топлива для использования в других ядерных реакторах или чтобы повышать пригодность выжженного ядерного топлива для последующего повторного распространения дефлаграционной волны ядерного деления в ядерном реакторе деления с дефлаграционной волной. Разные контрольные параметры могут использоваться в разное время или в разных частях реактора. Будет понятно, что различные способы влияния на нейтроны, обсуждавшиеся ранее в контексте конструкций, влияющих на нейтроны, также могут применяться в программируемых температурно-чувствительных конструкциях, влияющих на нейтроны, включая, кроме прочего, использование поглотителей нейтронов, замедлителей нейтронов, сочетаний поглотителей нейтронов и/или замедлителей нейтронов, замедлителей нейтронов с изменяющейся геометрией и т.п.

[0065] Материал в реакторе может подвергаться воздействию нейтронного потока. Следует понимать, что нейтронное облучение материала в реакторе можно контролировать длительностью и/или степенью длительности и уровнем локальной мощности. В другом варианте осуществления нейтронное облучение материала можно контролировать посредством контроля за нейтронной средой (например, спектром энергии нейтронов для обработки Np-237) при помощи конструкций, влияющих на нейтроны. Рассмотрим фиг.6a и 6b, например материал 610, вставленный в реактор 600, как в общем указано стрелкой 602, будет подвергаться воздействию нейтронного потока, зависящего от, inter alia, локального уровня мощности, длительности и конструкций, влияющих на нейтроны. В одном варианте осуществления, где реактор является дефлаграционным волновым ядерным реактором, таким как реактор 650, материал 610 может вставляться в реактор 650, как указано в общем стрелкой 652. В другом варианте осуществления реактор 650 с распространяющейся дефлаграционной волной ядерного деления можно эксплуатировать «безопасным» докритическим способом, полагаясь на внешний источник нейтронов для поддержания распространяющегося фронта горения, одновременно используя часть нейтронов, порождаемых делением, для ядерной обработки материалов активной зоны. Следует понимать, что движение материала 610 в некоторое положение в реакторе 600 (или 650) может быть из положения вне реактора (как показано) или из другого положения в реакторе (не показано).

[0066] В некоторых вариантах осуществления материал 610 может присутствовать в некотором положении в реакторе до того, как в реакторе происходит воспламенение ядерного деления, тогда как в других вариантах осуществления материал можно добавлять (т.е. перемещать в это положение) после того, как происходит ядерное деление или происходит в том месте. В некоторых вариантах осуществления материал изымают из реактора, тогда как в других вариантах осуществления его оставляют на месте. Альтернативно, материал, имеющий набор необлученных свойств, загружают в реактор. Материал транспортируют (например, как в общем указано стрелками 652 и 602) в физическую близость и нейтронное соединение с областью максимальной реактивности - в случае реактора 650 с распространяющейся дефлаграционной волной ядерного деления, в то время как распространяющийся волновой фронт дефлаграционного горения ядерного деления (например, фронт горения 670) проходит через материал.

[0067] Материал 610 остается в нейтронном соединении на протяжении отрезка времени достаточного, чтобы преобразовать материал 610 во второй материал 606, имеющий желаемый набор измененных свойств. После того как материал 610 был таким образом преобразован в материал 606, материал 606 может быть физически перемещен из реактора 600 (или реактора 650), как в целом указано стрелкой 604 (или 654). Изъятие может происходить или во время эксплуатации реактора 600 (или 650), или после остановки. Изъятие может производиться в виде непрерывного, последовательного или группового процесса. В одном примере ядерно обработанный материал 606 может впоследствии использоваться в качестве ядерного топлива в других ядерных реакторах, таких как, кроме прочего, ядерные реакторы на легкой воде (LWR) или реакторы с распространяющейся дефлаграционной волной ядерного деления. В другом неограничивающем примере ядерно обработанный материал 606 может впоследствии использоваться в воспламенителе ядерного деления реактора с распространяющейся дефлаграционной волной ядерного деления. В одном подходе терморегулирование может настраиваться, чтобы обеспечивать термический контроль, соответствующий любым изменениям в рабочих параметрах, как надлежит для переработанных материалов или конструкций.

[0068] Согласно другим вариантам осуществления управляемое температурой поглощение нейтронов может использоваться для управления ядерным реактором, тем самым «встраивая» стабильный по своей сути отрицательный температурный коэффициент реактивности (αТ). Рассмотрим теперь фиг.7a, ядерный реактор 700 оснащается температурными датчиками 710, такими как, кроме прочего, термопары. В этом варианте осуществления ядерный реактор 700 соответственно может быть ядерным реактором любого типа. С этой целью ядерный реактор 700 может быть ядерным реактором со спектром тепловых нейтронов или ядерным реактором со спектром быстрых нейтронов, как необходимо для конкретного приложения.

[0069] Например, температурные датчики определяют локальную температуру в реакторе 700 и генерируют сигнал 714, показывающий определенную локальную температуру. Сигнал 714 передается на систему 720 управления любым подходящим способом, таким как, кроме прочего, гидравлическое сообщение, электрическое соединение, оптическое соединение, радиочастотная передача, акустическое соединение, магнитное соединение или подобное. В ответ на сигнал 714, показывающий определенную локальную температуру, система 720 управления определяет соответствующую поправку (положительную или отрицательную) для локальной нейтронной реактивности реактора 700 (например, чтобы возвратить реактор 700 к желаемому рабочему параметру, такому как желаемые локальные температуры во время работы реактора на мощности). С этой целью система 720 управления генерирует сигнал 724 управления, показывающий желаемую поправку для локальной нейтронной реактивности. Сигнал 724 управления передается на распределитель 730 материала, поглощающего нейтроны. Сигнал 724 управления соответственно может передаваться таким же способом, как и сигнал 714, или другим. Материал, поглощающий нейтроны, соответственно может быть любым материалом, поглощающим нейтроны, какой нужен для конкретного приложения, таким как, кроме прочего, Li-6, B-10 или Gd. Распределитель 730 соответственно представляет собой распределяющий механизм, приемлемый для желаемого приложения. Резервуар (не показан) может находиться рядом с распределителем 730 или может располагаться удаленно от распределяющего механизма 730 (например, за пределами отражателя нейтронов реактора 700). Распределитель 730 распределяет материал, поглощающий нейтроны, в активной зоне ядерного реактора в ответ на сигнал 1124 управления, тем самым изменяя локальную нейтронную реактивность.

[0070] Рассмотрим далее фиг.7b, и в качестве неограничительного примера, примерное терморегулирование может быть устроено при помощи жидкости, поглощающей нейтроны. Термально соединенная конструкция 740, содержащая жидкость, содержит жидкость в термальной связи с локальной областью реактора 700. Жидкость в конструкции 740 расширяется или сжимается в ответ на локальные флуктуации температуры. Расширение и/или сжатие жидкости оперативно передается на конструкцию 750 силовой передачи, такую как, кроме прочего, поршень, расположенную за пределами ядерного реактора 700. Результирующая сила, передаваемая конструкцией 750 силовой передачи, воздействует на жидкость, поглощающую нейтроны, в конструкции 760, содержащей жидкость, поглощающую нейтроны. Жидкость, поглощающая нейтроны, распределяется соответственно из конструкции 760, тем самым изменяя локальную нейтронную реактивность. В другом примере вместо жидкости, поглощающей нейтроны, или в придачу к ней, может использоваться жидкость, замедляющая нейтроны. Жидкость, замедляющая нейтроны, изменяет энергетический спектр нейтронов и понижает среднюю энергию нейтронов местной нейтронной среды, тем самым уменьшая или понижая нейтронную реактивность ядерного топлива в ядерном реакторе 700. В другом примере жидкость, поглощающая нейтроны, и/или жидкость, влияющая на нейтроны, может иметь многофазную композицию (например, твердые гранулы с жидкостью).

[0071] Фиг.7c иллюстрирует подробности иллюстративного осуществления устройства, показанного на Фиг.7b. Рассмотрим далее фиг.7c, плотность энерговыделения топлива в ядерном реакторе 701 непрерывно регулируют совместным действием распределенного набора независимо работающих модулей термостатирования, по очень большим колебаниям в нейтронном потоке, значительным колебаниям в нейтронном спектре, большим изменениям в составе топлива и изменениям по порядку величины в потребляемой мощности на реакторе. Это действие обеспечивает большой отрицательный температурный коэффициент реактивности немного выше конструкционной температуры реактора 701. Расположенный по всей топливной загрузке в ядерном реакторе 701 в трехмерной решетке (которая может образовывать или равномерный, или неравномерный массив), локальный шаг которой может быть примерно средним свободного пробега нейтрона со средней энергией для деления (он может быть уменьшен с целью избыточности), каждый из этих модулей включает пару отсеков, каждый из которых питается капиллярной трубкой. Маленький отсек 761 термопатрона, расположенный в ядерном топливе, содержит термически чувствительный материал, такой как, кроме прочего, Li-7, чье сечение поглощения нейтронов может быть малым для нейтронов рассматриваемых энергий, тогда как относительно большой отсек 741 располагается в другом месте (например, на стенке трубки охлаждения) и может содержать меняющиеся количества материала, поглощающего нейтроны, такого как, кроме прочего, Li-6, который имеет сравнительно большое сечение поглощения нейтронов. При давлении 1 бар литий плавится при 453 К и кипит при 1615 К, а поэтому является жидким в обычных диапазонах рабочих температур реактора 701. По мере того, как температура топлива возрастает, термально чувствительный материал, содержащийся в термопатроне 761, расширяется, а малая его часть выбрасывается (например, приблизительно 10^-3, при изменении температуры на 100 К для Li-7), потенциально под давлением в килобар, в капиллярную трубку, которая заканчивается внизу цилиндро-поршневого узла 751, расположенного на удалении (например, за радиационным экраном) и физически ниже, чем отсек 741 материала, поглощающего нейтроны, располагающийся внутри активной зоны (на случай, если будут использоваться гравитационные силы). Там ограниченный объем теплочувствительного материала под высоким давлением двигает стреловидный усилительный поршень в узле 751, который толкает больший (например, потенциально в три раза или на порядок больший) объем материала, поглощающего нейтроны, через пронизывающую активную зону капиллярную трубку в отсек, находящийся внутри активной зоны, ближайший к термопатрону, который направляет поток. Там материал, поглощающий нейтроны, чья пространственная конфигурация является незначительной, пока ее меньшее измерение меньше средней длины свободного пробега нейтрона, действует, чтобы, поглощая, подавлять локальный поток нейтронов, тем самым уменьшая локальную плотность энерговыделения топлива. Когда локальная температура топлива падает, материал, поглощающий нейтроны, возвращается в цилиндро-поршневой узел 751 (например, под действием гравитационной высоты напора), тем самым возвращая теплочувствительный материал в термопатрон 761, чье термомеханическое давление, теперь более низкое, позволяет его принять.

[0072] Будет понятно, что функционирование модулей термостатирования не полагается на конкретные жидкости (Li-6 и Li-7), обсуждаемые в вышеупомянутой примерной реализации. В одном примерном варианте осуществления термочувствительный материал может химически, а не только изотопно, отличаться от материала, поглощающего нейтроны. В другом иллюстративном варианте осуществления термочувствительный материал может быть изотопно тем же, что и материал, поглощающий нейтроны, с отличающимися свойствами поглощения нейтронов вследствие различия в объеме материала, подвергающегося воздействию нейтронов, а не различия в структуре материала.

Управление реактором и моделирование

[0073] Вышеуказанные примеры, таким образом, показывают, что топливо, поглощающие нейтроны вещества и другие материалы могут двигаться по активной зоне реактора посредством нескольких механизмов, с передвижением целых узлов или без. Такие передвижения могут усложнять расчеты концентраций нуклидов (т.е. числа атомов, и изотопов, и ядерных изомеров атомов на единицу объема) в активной зоне.

[0074] В целом, расчет концентраций нуклидов в активной зоне, или эксплуатация реактора, или его моделирование могут быть разбиты на две взаимосвязанные части: перенос нейтронов и трансмутация. Расчеты переноса нейтронов могут определять плотность нейтронов (например, поток и спектр потока), тогда как расчеты трансмутаций определяют плотности нуклидов, исходя из данной начальной плотности и потока нейтронов.

[0075] Расчеты переноса нейтронов могут осуществляться, например, с использованием детерминированных методов (например, метода дискретных ординат), с использованием стохастических методов, таких как метод Монте-Карло, или с использованием их совокупности (например, с использованием детерминированных методов для расчета определенных аспектов в иной реализации Монте-Карло). Детерминированные методы, как правило, решают уравнения переноса, используя среднее поведение частиц. Дискретный метод, как правило, разделяет фазовое пространство на множество малых объемов. Нейтронам, перемещающимся между смежными объемами, требуется мало времени, чтобы преодолеть малое расстояние. Таким образом, расчет аппроксимирует интегро-дифференциальное уравнение переноса (имея производные пространства и времени), когда время, объем и расстояние делаются более малыми, т.е. приближаются к 0.

[0076] Методы Монте-Карло, с другой стороны, получают ответы путем моделирования отдельных частиц и регистрации некоторых аспектов их среднего поведения. Методы Монте-Карло часто используют, когда сложно определить результат примера при помощи детерминированного метода. Что касается переноса нейтронов, метод Монте-Карло может моделировать отдельные вероятностные события, таким образом, следуя за нейтронами по их жизненному циклу от рождения до смерти (например, поглощения, утечки, и т.п.). Связанные распределения вероятностей (например, представленные непрерывными и/или дискретными функциями плотности вероятностей) испытываются случайным образом, чтобы определить результат (например, рассеяние, деление, захват нейтрона, утечка) на каждом временном шаге. Столкновения могут моделироваться с использованием физических уравнений и данных эффективных сечений. Частота столкновений, а значит и реакций, вызванных нейтронами, таких как деление и потеря из-за поглощения поглотителями, конечно, зависит от концентрации в рассматриваемом объеме делящихся изотопов и поглотителей соответственно.

[0077] Данные эффективных сечений для атома представляют эффективную область сечения, которую атом представляет для взаимодействия с частицей, например с нейтроном, для взаимодействий, таких как разнообразные виды рассеяний и поглощений. Эффективные сечения, как правило, разнятся в зависимости от атома, частицы и энергии частицы. Таким образом, эффективное сечение может использоваться для выражения вероятности взаимодействия частиц атома с падающей частицей, имеющей определенную энергию.

[0078] Микроскопические свойства, такие как микроскопическое эффективное сечение для реакции (например, рассеяния, радиационного захвата, поглощения, деления), - это свойства, присущие типу ядра (т.е. ядру конкретного материала). Макроскопические свойства, такие как макроскопическое эффективное сечение для реакции, это свойство объема материала, имеющего концентрацию или плотность (например, число атомов на единицу объема) материала. Микроскопическое эффективное сечение, как правило, выражается в единицах площади (например, см² или «барнах», барн - это 10^-28 м²). Макроскопические эффективные сечения пропорциональны микроскопическому эффективному сечению, умноженному на плотность, или обратно пропорциональны средней длине свободного пробега и, таким образом, выражаются в единицах 1/длина (например, м⁹¹).

[0079] Данные эффективного сечения, как правило, определяются эмпирически. Таким образом, особенно для короткоживущих изотопов, данные эффективного сечения для широкого спектра энергий нейтронов еще попросту недоступны. Вследствие этого осуществление точных вычислений методом Монте-Карло на объемах, имеющих совокупность изотопов, для которых нет полностью известных или хорошо описанных свойств, таких как эффективное сечение нейтронов, является затруднительным. Кроме того, даже если все данные эффективного сечения для каждого конкретного материала были бы хорошо описаны, сложность вычислений была бы значительной. Способы, которые могут помочь уменьшить эти трудности и/или вычислительные сложности, описываются подробно в другом месте этого документа.

[0080] Расчеты трансмутаций определяют опись или концентрацию каждого нуклида по мере того, как он меняется, например, под действием потока нейтронов. В целом, расчеты трансмутаций можно рассматривать как определение новой совокупности материалов на основе скорости убыли и скорости выработки материала, подвергающегося действию данного потока нейтронов. Данный атом материала может, например, делиться и создавать два продукта деления; тогда как другой атом материала мог бы превращаться в изотоп с большим массовым числом атома (А) после захвата нейтрона. Еще другой атом материала мог бы разрушаться альфа- или бета-распадом, превращаясь в другой элемент, и так далее. Таким образом, скорость изменения количества материала в работающем реакторе, как правило, является суммой скорости убыли вследствие распада, скорости прибыли вследствие распада, убыли вследствие реакций, вызванных нейтронами, и прибыли вследствие реакций, вызванных нейтронами.

[0081] Необходимо понимать, что вычисления трансмутации для материалов зависят от текущего потока нейтронов, а расчеты потока нейтронов зависят от текущей концентрации материалов, таких как делящиеся изотопы и поглотители. Эти расчеты могут соединяться вместе различными способами, включая такие итеративные численные методы анализа, как методы Рунге-Кутта, но не ограничиваясь ими. В полном описании метода Рунге-Кутта нет необходимости, поскольку он хорошо известен в данной области техники. В целом, однако, точные методы Рунге-Кутта «решают» задачу с начальными условиями

[0082] y'=f(t,y),y(t₀)=y₀,

[0083] используя уравнения

[0084] $$y_{n+1}=y_n+h{\displaystyle \sum _{i=1}^s{b}_i{k}_i}$$ , где

[0085] k₁=f(t_n,y_n)

[0086] k₂=f(t_n+c₂h,y_n+a₂₁hk₁),

[0087] k₃=f(t_n+c₃h,y_n+a₃₁hk₁+a₂₁hk₂),

[0088] kx=f(t_n+c_sh,y_n+a_s1hk₁+a_s2hk₂+…+a_s,s-1hk_s-1)

[0089] Чтобы определить конкретный метод Рунге-Кутта, необходимо выбрать целое число, s, и ряд коэффициентов а_ij, b_ii и с_ij. Метод Рунге-Кутта является сходящимся, если коэффициенты таковы, что

[0090] $${\displaystyle \sum _{j=1}^{i=1}{a}_{ij}}=c_i$$ для i=2, …, s.

[0091] Следовательно, например, сходящийся метод Рунге-Кутта четвертого порядка имеет вид

[0092] $$y_{n+1}=y_n+\frac{1}{6h}(k_1+k_2+k_3+k_4)$$ ,

[0094] где

[0095] k₁=f(t_n,y_n).

[0096] $$k_2=f(t_n+\frac{1}{2}h,y_n+\frac{1}{2}h{k}_1)$$ ,

[0097] $$k_3=f(t_n+\frac{1}{2}h,y_n+\frac{1}{2}h{k}_2)$$ , и

[0098] k₄=f(t_n+h,y_n+hk₃).

[0099] Таким образом, следующее значение, y_n+1, определяется текущим значением, y_n, плюс произведение размера интервала и оцениваемого наклона. Наклон представляет собой взвешенное среднее наклонов: k₁ - это наклон в начале интервала, k₂ - это наклон в средней точке интервала с использованием наклона k₁ для определения значения у в точке t_n+1/2h методом Эйлера, k₃ - это снова наклон в средней точке интервала, но теперь с использованием наклона k₂ для определения значения y; и k₄ - это наклон в конце интервала, где его значение у определяется с использованием k₃. Метод Эйлера - это одношаговый метод Рунге-Кутта. Метод Эйлера по существу оценивает наклон и продвигается на маленький шаг, используя этот наклон. Примеры методов Рунге-Кутта второго порядка включают метод средней точки и метод Хойна.

[0100] Таким образом, обновленное количество (например, запас или концентрация) материала в активной зоне реактора или рассматриваемом объеме (внутри или снаружи активной зоны реактора) может быть установлено определением средней скорости изменения количества материала на основании предыдущего количества материала в потоке нейтронов. Это может выполняться отдельно или одновременно для всех материалов в активной зоне реактора или рассматриваемом объеме. Поток нейтронов в свою очередь может быть установлен определением средней скорости изменения потока на основании количества материалов в активной зоне.

[0101] Точность расчетов может быть улучшена, если рассматриваются части объема реактора, а не активная зона реактора в целом. Например, грубые расчеты могут выполняться на однородной модели активной зоны реактора: активная зона моделируется с равным распределением всех материалов. Большее разделение может быть получено путем представления активной зоны как объема, состоящего из многих однородных ячеек, где каждой ячейке позволяется иметь различные концентрации материалов. Хотя ячейки не обязаны быть однородными, для упрощения вычислений, как правило, предпочтение отдают однородным ячейкам.

[0102] Если разделение достаточно велико, активная зона может быть представлена с очень хорошей точностью. Например, может использоваться трехмерная геометрия ячеек, каждая из которых имеет определенную геометрию и концентрации материалов. Ячейки могут определяться множеством способов, включая их ограничительные поверхности, такие как, кроме прочего, уравнения поверхностей и пересечений и объединений областей пространства. Расчеты переноса, как правило, определяют для каждой ячейки число реакций и граничных пересечений для каждой соседней ячейки.

[0103] Как показано на фиг.8a, конструкция 800 может образовываться ячейками, имеющими сложные формы. Для простоты показаны только два измерения (т.е. поперечное сечение), но понятно, что ячейки обычно являются трехмерными. Более того, в этом неограничивающем примере положения и формы относительно единообразны. Например, иллюстративная ячейка 802 может быть сферой. Иллюстративная ячейка 804 может быть более крупной сферой, исключая объем, определяемый ячейкой 802. Иллюстративная ячейка 806 может быть кубом, исключая объем, ограничиваемый внешней сферической поверхностью ячейки 804. В другом случае ячейка 802 могла бы быть цилиндром, протягивающимся на некоторое расстояние на фигуре, ячейка 804 могла бы быть объемом, определяемым более крупным цилиндром, исключая объем ячейки 802, а ячейка 806 могла бы быть прямоугольным параллелепипедом, исключая объем внутри цилиндра, определяемого внешней поверхностью ячейки 804. В любом случае ячейка 802 может включать одну композицию топлива, поглощающих нейтроны веществ и конструкционных материалов. Ячейка 804 может иметь вторую композицию топлива, поглощающих нейтроны веществ и конструкционных материалов. Ячейка 806 может быть третьей композицией исключительно конструкционных материалов (например, оболочки).

[0104] Как показано на фиг.8b, ячейки могут объединяться, чтобы образовывать конструкции большего размера. Например, конструкция 800 может представлять тепловыводящую сборку, имеющую форму прямоугольного параллелепипеда. Конструкция 830 включает множество конструкций 800. Например, конструкция 830 может определять топливный модуль из шести топливных стержней на четыре топливных стержня и глубиной в пятьдесят топливных стержней. Таким образом, могут образовываться даже более крупные конструкции. Например, как показано на фиг.8c, иллюстративная конструкция 860 может представлять активную зону реактора, имеющую сборку из девятнадцати конструкций 830 (например, топливных модулей), каждая из которых включает множество конструкций 800 (тепловыделяющих сборок). Таким образом, особые физические положения в пространстве реального функционирующего реактора или подробной модели реактора могут быть представлены ячейкой. Расчеты могут проводиться с использованием детальной модели, представляющей реальный реактор во время эксплуатации. Результаты могут использоваться, чтобы принимать решения относительно управления реактором. Аналогично, расчеты могут быть выполнены по представлению предлагаемого реактора, чтобы проверить рабочие процедуры или проверить предлагаемую загрузку топлива и поглотителей.

[0105] Расчеты трансмутации и переноса могут быть выполнены для каждой ячейки. Для сложной модели это может привести к большой вычислительной нагрузке, отчасти вследствие большого количества ячеек. Вычислительная нагрузка также возрастает из-за количества материалов, которые могут присутствовать в каждой ячейке. До эксплуатации реактор уже содержит большое число материалов (например, разнообразные топливные изотопы, внедренные изотопы поглотителей, конструкционные изотопы, замедлитель, отражатели нейтронов, и т.п.). Сразу по включении, однако, число материалов (например, изотопов) в реакторе значительно возрастает вследствие захвата нейтронов и особенно деления, вызванного нейтронами.

[0106] Распределение продуктов деления от деления данного изотопа, вызванного нейтроном данной энергии, может быть описано кривой выхода продуктов деления. Фиг.9 представляет собой изображение иллюстративной кривой 900 выхода продуктов деления. Следует принимать во внимание, что график показывает общий выход деления в процентах продуктов деления, имеющих каждое массовое число (А). А данное массовое число может иметь более чем один изотоп. Следовательно, продукты деления, имеющие массовое число, равное, например, 140, попадают под точку кривой, определяемую массовым числом, равным 140. В этом примере на кривой 900 выхода продуктов деления показываются продукты деления, полученные тепловым делением U-235. Кривые для делений U-235, вызванных быстрыми нейтронами, будут иметь подобную, но отличающуюся форму. Энергии нейтронов могут классифицироваться более подробно, чем «быстрые» и «тепловые». Также кривые выхода деления для других делящихся изотопов будут иметь подобную, но отличающуюся форму. В общем, однако, кривые выхода деления следуют этой М-образной форме, имеющей два заостренных максимума. Таким образом, кривую можно разделить на две части, левую часть 912 кривой, которая включает левый пик 922, и правую часть 914 кривой, которая включает правый пик 924. Таким образом, область 902 попадает под левый пик 922 и левую часть 912 кривой, а область 904 попадает под правый пик 924 и правую часть 914 кривой. Но мере того как реактор работает уровень продуктов деления стремится к возрастанию из-за деления (т.е. обладает скоростью выработки благодаря делению), но стремится к уменьшению из-за затухания и захвата нейтронов или «выгорания» (т.е. обладает скоростями потери вследствие затухания и захвата). Расчеты трансмутации могут использоваться, чтобы определять или аппроксимировать эти уровни во время эксплуатации реактора.

[0107] Как обсуждается в другом месте данного документа, системы управления реактором, такие как система 720 управления, могут определять надлежащие поправки (положительные или отрицательные) для локальной нейтронной реактивности реактора 700 (например, чтобы возвращать реактор 700 к желаемому рабочему параметру, такому как желаемые локальные температуры во время работ реактора на мощности). Для этого системы управления могут генерировать сигнал управления (например, сигнал 724 управления), указывающий на желаемую поправку для локальной нейтронной реактивности. Системы управления реактором и сигналы управления не ограничиваются вариантами осуществления, такими как система 720 управления и сигнал 724 управления. Системы управления реактором могут также контролировать другие признаки, влияющие на нейтроны или на их поглощение, такие как управляющие стержни, чтобы контролировать и/или отключать реактор по желанию, что хорошо известно в данной области техники. Системы управления реактором могут также генерировать сигналы управления, чтобы управлять изменениями в различных потоках, например в потоке теплопоглощающего материала (например, теплоносителя) через реактор или части реактора, управляя изменениями в работе охладительного насоса реактора (например, охладительных насосов 22 реактора) и/или различными положениями клапанов в системе реактора, включая запорные элементы реактора (например, запорные элементы 24) или запорные клапаны охлаждения реактора, запорные клапаны пара, но не ограничиваясь ими, и т.д. Системы управления реактором могут также управлять изменениями в положениях выключателей (например, выключателей подачи питания охладительным насосам реактора, выходных выключателей парового турбогенератора, и т.п.). Как хорошо известно в данной области техники, системы управления реактором могут иметь температурные входные сигналы (например, система 720 получает входные сигналы от температурных датчиков 710) в дополнение к детекторам нейтронов (например, чтобы воспринимать поток нейтронов, чтобы определять мощность реактора или локальную мощность реактора в части активной зоны) и датчикам потока и положения (например, датчики потока Вентури, индикаторы положения клапанов, индикаторы положения выключателей). Таким образом, система управления реактором может контролировать поток теплопоглощающего материала (например, теплоносителя) через реактор и/или части реактора, чтобы управлять общими температурами и локальными температурами в ответ на общую тепловую мощность реактора и/или локальную тепловую мощность реактора. Системы управления реактором могут также предоставлять указания оператору и принимать входные команды оператора. Таким образом, система управления реактором следит за функционированием реактора, может обеспечивать некоторые признаки автоматического управления (такие как изменение скоростей потока и передвижение управляющих стержней или другое позиционирование материалов, влияющих на или поглощающих нейтроны, которые более подробно описаны в другом месте данного документа), отображает рабочие параметры и принимает и выполняет входные команды оператора для действий управления, осуществляемых вручную.

[0108] Пример компьютерной системы

[0109] Некоторые аспекты и/или признаки данного изобретения могут быть реализованы программным, аппаратно-программным или аппаратным обеспечением или их сочетанием. Расчеты могут аппроксимироваться с использованием поиска по таблицам. Аппаратные реализации отдельных компонентов не ограничиваются цифровыми реализациями и могут быть аналоговыми электрическими контурами. Кроме того, варианты осуществления могут быть реализованы централизовано по меньшей мере в одной системе связи или распределено, когда различные элементы могут быть разбросаны по нескольким взаимосвязанным системам связи. Любой тип компьютерной системы или другого устройства, адаптированного для выполнения способов, описанных в этом документе, может быть подходящим.

[0110] Фиг.10 представляет собой пример компьютерной системы 1000, в которой данное изобретение или его части могут быть реализованы в виде кода, воспринимаемого компьютером. Различные варианты осуществления изобретения описываются в терминах этого примера компьютерной системы 1000. После прочтения этого описания специалисту в соответствующей области техники будет ясно, как реализовать изобретение при помощи других компьютерных систем и/или компьютерных архитектур.

[0111] Компьютерная система 1000 включает один или более процессоров, таких как процессор 1004. Процессор 1004 может быть специализированным процессором или процессором общего назначения. Процессор 1004 соединяется с коммуникационной инфраструктурой 1006 (например, шиной или сетью).

[0112] Компьютерная система 1000 также включает основную память 1008, предпочтительно оперативную память (RAM), и также может включать вторичную память 1010. Вторичная память 1010 может включать, например, привод 1012 жесткого диска, привод 1014 съемного накопителя, любой вид энергонезависимой памяти и/или карту памяти. Привод 1014 съемного накопителя может включать привод гибкого диска привод магнитной ленты, привод оптического диска, флэш-память или подобное. Привод съемного накопителя 1014 считывает с и/или записывает на съемное запоминающее устройство 1018 хорошо известным способом. Съемное запоминающее устройство 1018 может включать гибкий диск, магнитную ленту, оптический диск и тому подобное, что считывается и записывается приводом 1014 съемного накопителя. Как будет понятно специалистам в соответствующей области (областях) техники, съемное запоминающее устройство 1018 включает используемый компьютером запоминающий носитель, хранящий в себе компьютерное программное обеспечение и/или данные.

[0113] В альтернативных реализациях вторичная память 1010 может включать другие подобные средства, позволяющие компьютерным программами или другим инструкциям загружаться в компьютерную систему 1000. Такие средства могут включать, например, съемный накопитель 1022 и интерфейс 1020. Примеры таких средств могут включать программный картридж и интерфейс картриджа (такой, какой находится в игровых приставках), чип съемной памяти (такой как EPROM, или PROM) и связанный разъем, и другие съемные накопители 1022, и интерфейсы 1020, которые позволяют программам и данным передаваться из съемного накопителя 1022 в компьютерную систему 1000.

[0114] Компьютерная система 1000 может также включать связной интерфейс 1024. Связной интерфейс 1024 позволяет программному обеспечению и данным передаваться между компьютерной системой 1000 и внешними устройствами. Связной интерфейс 1024 может включать модем, сетевой интерфейс (такой как Ethernet-карта), коммуникационный порт, разъем и карточку PCMCIA или подобное. Программное обеспечение и данные, передаваемые через связной интерфейс 1024, находятся в форме сигналов, которые могут быть электронными, электромагнитными, оптическими или другими сигналами, способными восприниматься связным интерфейсом 1024. Эти сигналы подаются на связной интерфейс 1024 по связному пути 1026. Связной путь 1026 переносит сигналы и может быть реализован при помощи провода или кабеля, волоконной оптики, телефонной линии, мобильной телефонной связи, радиочастотной связи или других каналов связи.

[0115] Компьютерная система 1000 также может быть подключена к системе 1030 управления - реактором. Система 1030 управления реактором может быть прямо соединена со связной инфраструктурой 1006, как показано на графических материалах. Система управления реактором может также быть соединена - через связной интерфейс 1024 или связной интерфейс 1024 и связной путь 1026.

[0116] В этом документе термины «носитель компьютерных программ» и «носитель, используемый компьютером» используются для того, чтобы в общем обозначать такие носители, как съемное запоминающее устройство 1018, съемное запоминающее устройство 1022 и жесткий диск, установленный на приводе 1012 жесткого диска. Сигналы, хранимые где-либо еще и переносимые по связному пути 1026, также могут реализовывать описанную здесь логику. Носитель компьютерных программ и носитель, используемый компьютером, могут также относиться к памяти, такой как основная память 1008 и вторичная память 1010, которая может быть полупроводниками памяти (например, DRAM, и т.п.). Эти компьютерные программные продукты являются средствами для предоставления программного обеспечения компьютерной системе 1000.

[0117] Компьютерные программы (также называемые логикой управления компьютером) хранятся в основной памяти 1008 и/или вторичной памяти 1010. Компьютерные программы могут также быть получены по связному интерфейсу 1024. Такие компьютерные программы, когда выполняются, позволяют компьютерной системе 1000 реализовывать данное изобретение так, как обсуждается здесь. В частности, компьютерные программы, когда выполняются, позволяют использовать процессор 1004 для осуществления способов согласно данному изобретению, таких как способы, иллюстрируемые блок-схемами, описанными в другом месте данного документа. Соответственно, такие компьютерные программы представляют собой регуляторы компьютерной системы 1000. Там, где изобретение реализовывается при помощи программного обеспечения, программное обеспечение может храниться в компьютерном программном продукте и загружаться в компьютерную систему 1000 при помощи привода 1014 съемного накопителя, интерфейса 1020, привода 1012 жесткого диска или связного интерфейса 1024.

[0118] Изобретение также направлено на компьютерные программные продукты, содержащие программное обеспечение, хранимое на любом накопителе, используемом компьютером. Компьютерные программы или программное обеспечение в данном контексте означает любое выражение, на любом языке, в коде или записи, набора инструкций, предназначенного заставлять систему, имеющую способность обрабатывать информацию, выполнять конкретную функцию или сразу, или после, или в обоих случаях следующего: а) перевода на другой язык, код или запись; b) воспроизведения в другой материальной форме. Такое программное обеспечение, когда выполняется на одном или большем количестве устройств обработки данных, заставляет устройство (устройства) обработки данных функционировать так, как описано в данном документе. Варианты осуществления изобретения используют любой носитель, используемый или считываемый компьютером, известный в настоящее время или в будущем. Примеры носителей, используемых компьютером, включают, кроме прочего, устройства первичной памяти (например, любой тип оперативной памяти), устройства вторичной памяти (например, жесткие диски, гибкие диски, CD ROM, zip-диски, ленты, магнитные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, MEMS, нанотехнологические запоминающие устройства, и т.п.) и средства связи (например, проводные и беспроводные коммуникационные сети, локальные сети, глобальные сети, внутренние сети, и т.п.).

[0119] Способы для распределения материалов реактора

[0120] Теперь, когда были обсуждены примерные варианты осуществления ядерных реакторов и управления и моделирования реактора, будут обсуждаться примерные способы, связанные с этим.

[0121] Далее следует ряд блок-схем, описывающих варианты осуществления способов. Для легкости понимания блок-схемы организованы так, что начальные блок-схемы представляют реализации с общей точки зрения «большой картины», а после этого следующие блок-схемы представляют альтернативные реализации и/или расширения блок-схем «большой картины» или в качестве подшагов или дополнительных шагов, составляющих одну или более ранее представленных блок-схем. Специалисты в данной области техники поймут, что стиль представления, используемый здесь (например, начало с представления блок-схемы (схем), представляющих общий вид и последующее предоставление дополнений к ним и/или дальнейших подробностей в последующих блок-схемах), как правило, приводит к быстрому и легкому пониманию различных вариантов осуществления способов. Кроме того, специалисты в данной области техники также поймут, что стиль представления, используемый здесь, также хорошо приспосабливается к парадигмам модульных конструкций. Блоки могут выполняться в любом порядке или одновременно, если не указано иное. Некоторые варианты осуществления данного изобретения не требуют исполнения каждого конкретного блока, независимо от того, обозначены ли или описаны ли ясно блок или блоки как необязательные. Другие варианты осуществления требуют повторения одного или большего числа блоков, независимо от того, обозначен ли или описан ли блок как повторяющийся.

[0122] Рассмотрим далее фиг.11, где предоставляется примерный способ 1100 для моделирования и/или управления ядерным реактором. Способ 1100 начинается на блоке 1105.

[0123] В блоке 1105 поток в первой ячейке определяется на основе количеств(а) по меньшей мере одного материала но меньшей мере в первой ячейке. Определение потока может основываться также на количествах более чем одного материала в первой ячейке и/или предшествующем потоке в первой ячейке. Также определение потока может еще основываться на количествах одного или более материалов в одной или большем числе других ячеек. Например, поток может определяться расчетом переноса (например, решением уравнений переноса нейтронов). «Поток» может быть любым потоком (например, фотонным, альфа, бета, и т.д.), но, как правило, это поток нейтронов. Поток может определяться методами численного анализа с использованием средней скорости изменения потока. Средняя скорость изменения потока может быть взвешенным средним (например, как определяется методом Рунге-Кутта или любым другим методом). Поток может быть зависимым от количеств(а) одного или большего числа материалов в первой ячейке. Поток также может быть зависимым от количеств (а) одного или более материалов в одной или большем числе дополнительных ячеек. «Количество» может быть массой или числом (например, числом атомов) или может быть плотностью/концентрацией (например, массой или числом частиц на единицу объема). Ячейка представляет собой физическое местоположение или область в ядерном реакторе. Реактор может быть, например, реальным или моделируемым, эксплуатируемым в текущее время или проектируемым. Реактор может быть любого типа или подтипа реакторов, включая реактор на легкой воде, реактор на тяжелой воде, реактор на сжатой воде, реактором на кипящей воде, реактором с распространяющейся дефлаграционной волной ядерного деления, и т.п. Реактор обычно представляется многими однородными ячейками, но могут использоваться и разнородные ячейки. Каждая ячейка может иметь ту же или другую форму или объем, что и любая другая ячейка. Материал может быть одним или более из любого элемента, молекулы, семейства элементов, семейства молекул, изотопа/ семейства изотопов, изомеров или изотопов, воспроизводящего изотопа (изотопов), продукта (продуктов) деления, отравляющих продуктов деления и т.п. Как правило, материалы представляют собой элементы и изотопы элементов. Следовательно, таким образом U-235 и U-238 - это обычно два разных материала.

[0124] В блоке 1110 средняя скорость (скорости) изменения одного или более количеств (а) одного или более материала (материалов) в первой ячейке определяются на основании предшествующих количеств(а) материала (материалов) и потока в первой ячейке. Например, средние скорости изменения могут определяться расчетом скорости трансмутации. Средняя скорость изменения количества одного или более материалов может определяться методами численного анализа с использованием средней скорости изменения количества. Средняя скорость изменения потока может быть взвешенным средним (например, как определяется методом Рунге-Кутта или любым другим методом). Количество может быть зависимым от потока в первой ячейке. Средние скорости изменения для одного или более материалов могут рассчитываться отдельно или одновременно (как в случае, когда они объединены через уравнения трансмутации).

[0125] В блоке 1115 обновленное количество (количества) в первой ячейке для материала (материалов) определяется на основании средней скорости (скоростей) изменения. Например, обновленные количества могут определяться выполнением расчетов трансмутации. Обновленные количества для одного или более материалов могут рассчитываться отдельно или одновременно (как в случае, когда объединены через уравнения трансмутации).

[0126] В блоке 1120 определяется по меньшей мере одно количество перемещаемого материала. Количество перемещаемого материала может быть любым количеством одного или более материалов, таким как количество материала, которое необходимо переместить в ячейку или из нее. В этом блоке одно или более количество перемещаемого материала может каждое относиться к одному или более материалу в первой ячейке. Количество перемещаемого материала может определяться в ответ на один или более параметров реактора, таких как поток или флюенс, уровень мощности (локальный или общий), температура, и т.п. Параметр реактора может сравниваться с порогом или контрольной точкой для этого параметра. Этот блок может повторяться при необходимости, например, для каждого из одного или более материалов в первой ячейке.

[0127] В блоке 1125 обновленное количество (количества) в первой ячейке регулируют количеством (количествами) перемещаемого материала. Одно или более количество перемещаемого материала применяется к количествам одного или более материалов в первой ячейке, таким образом увеличивая или уменьшая каждое затрагиваемое количество. Количество перемещаемого материала, равное нулю, может использоваться, чтобы обозначать отсутствие изменения. В одном варианте осуществления материал может перемещаться за пределы реактора. В этом случае блоки с ИЗО по 1145 могут быть пропущены.

[0128] В блоке ИЗО поток во второй ячейке определяется на основании количеств (а) по меньшей мере одного материала во второй ячейке. Как обсуждалось выше, определение потока может также основываться на количествах более чем одного материала во второй ячейке. Кроме того, определение потока может также основываться на количествах одного или большее материалов в одной или более других ячеек.

[0129] В блоке 1135 средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) во второй ячейке определяется на основе предшествующего количеств(а) материала (материалов) и потока во второй ячейке.

[0130] В блоке 1140 обновленное количество (количества) во второй ячейке для материала (материалов) определяется

(определяются) на основании средней. скорости (скоростей) изменения во второй ячейке.

[0131] В блоке 1145 обновленное количество (количества) во второй ячейке корректируется (корректируются) количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0132] В блоке 1150 определяется управляющее воздействие для ядерного реактора. Управляющее воздействие может быть изменением (положительным или отрицательным) для локальной нейтронной реактивности реактора при помощи любых признаков, влияющих на нейтроны или их поглощение, таких как передвижение поглощающих нейтроны материалов или жидкостей, управляющих стержней, и т.п.; изменением в одном или более различных потоках, например, в потоке теплопоглощающего материала (например, теплоносителя) через реактор при помощи произведения изменений в работе насосов охлаждения реактора и/или различных положений клапанов в системе реактора, включая запорные элементы реактора или стопорные клапаны охлаждение реактора, и т.п., но не ограничиваясь ими; изменением в положениях одного или более выключателей (например, выключателей подачи питания насоса охлаждения реактора, выходных выключателей парового турбогенератора, и т.п.) или подобным. Определенное управляющее воздействие может показываться пользователю. В одном варианте осуществления этот блок является необязательным.

[0133] В блоке 1155 выполняется управляющее воздействие для ядерного реактора. Это выполнение может быть автоматическим или ручным. В одном варианте осуществления этот блок является необязательным.

[0134] В блоке 1160 примерно количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) в положение первой ячейки в реакторе или из него. В этом блоке фактическое количество по меньшей мере одного вещества, соответствующего одному или более из по меньшей мере одного материала, перемещается из одного положения или в него (например, из положения первой ячейки или в положение первой ячейки). Этот блок может выполняться вместе с блоком 1155 или отдельно. Перемещаемое количество вещества (например, примерно количество перемещаемого материала соответствующего материала или материалов) может, но это не требуется, быть связано с компонентом в месте, представленном ячейкой (например, элементом, включающим топливо, поглотителем, конструкционными компонентами или любой их комбинацией). В одном варианте осуществления, таком как моделирование или оценка проекта реактора, этот шаг является необязательным.

[0135] Способ останавливается в блоке 1160, но может продолжаться до точки А, как указывается в других способах и на других графических материалах.

[0136] Рассмотрим далее фиг.12, предоставляется примерный способ 1200 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Способ 1200 начинается в блоке 1210. Как показано точкой А, способу 1200 может предшествовать способ 1100.

[0137] В блоке 1210 примерно количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) из одного положения в другое или обратно. В этом блоке фактическое количество по меньшей мере одного вещества, соответствующего одному или более из по меньшей мере одного материала, перемещается из второго положения или в него (например, из положения второй ячейки или в положение второй ячейки). Например, вместе с блоком 1160 способа 1100, количество вещества, примерно равное определенному количеству перемещаемого материала или количествам соответствующих материалов, может быть перемещено из первой ячейки во вторую ячейку или наоборот.

[0138] Способ останавливается в блоке 1210.

[0139] Рассмотрим далее фиг.13, предоставляется примерный способ 1300 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Способ 1300 начинается в блоке 1305. Как указано точкой А, способу 1300 может предшествовать способ 1100. Примерный способ 1300 предоставляет иллюстративный способ передвижения вещества в цикле из четырех ячеек через реактор. В каждой ячейке в цикле количество и тип перемещаемого вещества не обязаны быть идентичными. Специалист в данной области техники поймет, что цикл из четырех ячеек при необходимости может быть расширен или сокращен (например, включать меньше или больше ячеек).

[0140] В блоке 1305 примерно количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) во вторую ячейку. Например, вместе с блоком 1106 способа 1100, количество вещества, примерно равное определенному количеству перемещаемого материала или количествам соответствующих материалов, может быть перемещено из первой ячейки во вторую ячейку.

[0141] В блоке 1310 определяется (определяются) второе количество (количества) перемещаемого материала. Второе количество или количества перемещаемого материала могут рассчитываться любым способом, как описано выше.

[0142] В блоке 1315 количество (количества) во второй ячейке корректируется (корректируются) вторым количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0143] В блоке 1320 примерно второе количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) из второй ячейки в третью ячейку.

[0144] В блоке 1325 определяется (определяются) третье количество (количества) перемещаемого материала.

[0145] В блоке 1330 количество (количества) в третьей ячейке корректируется (корректируются) третьим количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0146] В блоке 1335 примерно третье количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) из третьей ячейки в четвертую ячейку.

[0147] В блоке 1340 определяется (определяются) четвертое количество (количества) перемещаемого материала.

[0148] В блоке 1345 количество (количества) в четвертой ячейке корректируется (корректируются) четвертым количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0149] В блоке 1350 примерно четвертое количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) из четвертой ячейки в первую ячейку.

[0150] Способ останавливается в блоке 1350.

[0151] Рассмотрим далее фиг.14, где предоставляется примерный способ 1400 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Способ 1400 начинается в блоке 1405. Как показано точкой А, способу 1400 может предшествовать способ 1100. Примерный способ 1400 демонстрирует, среди прочего, смешивающиеся количества одного или более из материалов из первой ячейки и третьей ячейки и передвижение по меньшей мере части смеси обратно в первую ячейку. Необязательно могут возникнуть одна или более дополнительных итераций расчетов потока нейтронов и трансмутации. Специалист в данной области техники поймет, что этот примерный способ мог бы быть расширен или сокращен, чтобы включать различные способы смешивания, использующие меньше или больше ячеек.

[0152] В блоке 1405 примерно количество (количества) перемещаемых материалов перемещается (перемещаются) во вторую ячейку.

[0153] В блоке 1410 определяется (определяются) второе количество (количества) перемещаемого материала.

[0154] В блоке 1415 количество (количества) во второй и третьей ячейках корректируется (корректируются) вторым количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0155] В блоке 1420 примерно второе количество (количества) перемещаемого материала перемещается (перемещаются) в третью ячейку или из нее и из второй ячейки или в нее.

[0156] В блоке 1425 определяется (определяются) новая средняя скорость (скорости) изменения количества (количеств) материала (материалов) в первой ячейке на основании текущего количества (количеств) материала (материалов) и обновленного потока в первой ячейке.

[0157] В блоке 1430 определяется (определяются) новое обновленное количество (количества) в первой ячейке для материала (материалов) на основании новой средней скорости (скоростей) изменения.

[0158] В блоке 1435 определяется (определяются) третье количество (количества) перемещаемого материала.

[0159] В блоке 1440 количество (количества) во второй и первой ячейках корректируется (корректируются) третьим количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0160] В блоке 1445 примерно третье количество (количества) перемещаемого материала перемещается (перемещаются) из второй ячейки в первую ячейку.

[0161] Способ останавливается в блоке 1445.

[0162] Рассмотрим далее фиг.15, где предоставляется примерный способ 1500 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Как показано точкой А, способу 1500 может предшествовать способ 1100. Примерный способ 1500 предоставляет иллюстративный способ, среди прочего, передвижения количеств одного или более материалов и положение ячейки для хранения (например, бак хранения или резервуар, и т.п.). Пока материал находится в положении ячейки хранения, необязательно могут возникать одна или более дополнительных итераций расчетов потока нейтронов или трансмутации. Материал также может перемещаться из ячейки хранения (например, в положение, которое не представляется первой ячейкой). Специалист в данной области техники поймет, что этот примерный способ мог бы быть расширен или сокращен, чтобы включать различные способы хранения, использующие больше или меньше ячеек. Способ 1500 начинается в блоке 1505.

[0163] В блоке 1505 примерно количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) во вторую ячейку.

[0164] В блоке 1510 определяется (определяются) второе количество (количества) перемещаемого материала.

[0165] В блоке 1515 количество (количества) во второй ячейке корректируется (корректируются) вторым количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0166] В блоке 1520 примерно второе количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) из второй ячейки.

[0167] В блоке 1525 определяется (определяются) новая средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) в первой ячейке на основании текущего количеств(а) материала (материалов) и обновленного потока в первой ячейке.

[0168] В блоке 1530 определяется (определяются) новое обновленное количество (количества) в первой ячейке для материала (материалов) на основании новой средней скорости (скоростей) изменения.

[0169] В блоке 1535 определяется (определяются) средняя скорость (скорости) изменения количеств (а) материала (материалов) во второй ячейке на основании текущего количеств(а) материала (материалов) и потока во второй ячейке.

[0170] В блоке 1540 определяется (определяются) обновленное количество (количества) во второй ячейке для материала (материалов) на основании средней скорости изменения во второй ячейке.

[0171] В блоке 1545 определяется (определяются) третье количество (количества) перемещаемого материала.

[0172] В блоке 1550 количество (количества) в первой и второй ячейках корректируется (корректируются) третьим количеством (количествами) перемещаемого материала.

[0173] В блоке 1555 примерно третье количество (количества) перемещаемого материала (материалов) перемещается (перемещаются) из второй ячейки в первую ячейку.

[0174] Способ останавливается в блоке 1555.

[0175] Рассмотрим далее фиг.16, предоставляется примерный способ 1600 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Примерный способ 1600 отличается от примерного способа 1110, но некоторые шаги могут быть подобными. Например, примерный способ 1600 предоставляет пример непрерывного передвижения материала (материалов), а не дискретных передвижений. Способ 1600 начинается в блоке 1605.

[0176] В блоке 1605 поток в первой ячейке определяется на основании количеств(а) по меньшей мере одного материала в первой ячейке. Как обсуждалось выше, определение потока может также основываться на количествах более чем одного материала в первой ячейке. Кроме того, определение потока может также основываться на количествах одного или более материалов в одной или более ячейках. Этот блок похож на блок 1105.

[0177] В блоке 1610 определяется (определяются) средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) в первой ячейке, на основании предшествующих количеств(а) материала (материалов) в потоке в первой ячейке. Этот блок похож на блок 1110.

[0178] В блоке 1615 определяется (определяются) по меньшей мере одна скорость передвижения для материала (материалов) в первой ячейке. Скорость передвижения может быть любой скоростью передвижения одного или более материалов, как, например количества материала, который необходимо переместить в ячейку или из нее. В этом блоке одна или более скоростей передвижения могут каждая относиться к одному или более материалам в первой ячейке. Скорость передвижения может определяться в ответ на один или более параметров реактора, таких как поток или флюенс, уровень мощности (локальный или общий), температура, и т.д. Параметр реактора можно сравнивать с порогом или контрольной точкой для этого параметра. Этот блок может повторяться надлежащим образом, например для каждого из одного или более материалов в первой ячейке.

[0179] В блоке 1620 средняя скорость (скорости) изменения в первой ячейке корректируется (корректируются) на основании скорости (скоростей) передвижения для материала (материалов) в первой ячейке. Например, средняя скорость изменения материала в первой ячейке может корректироваться (увеличиваться или уменьшаться) на основании определенной скорости передвижения. Корректировка может осуществляться для одной средней скорости изменения или для отдельных скоростей изменения, которые усреднены (например, прямым средним или взвешенным средним). Средние скорости изменения для более чем одного материала могут рассчитываться отдельно или вместе (когда они объединены через уравнения трансмутации).

[0180] В блоке 1625 определяется (определяются) обновленное количество (количества) в первой ячейке, на основании скорректированной скорости (скоростей) изменения. В одном варианте осуществления материал может перемещаться за пределы реактора. В этом случае блоки 1630-1645 могут быть пропущены.

[0181] В блоке 1630 поток во второй ячейке определяется на основании количеств(а) по меньшей мере одного материала во второй ячейке. Как обсуждалось выше, определение потока может также основываться на количествах более чем одного материала в первой ячейке. Кроме того, определение потока может также основываться на количествах одного или более материалов в одной или большем числе других ячеек.

[0182] В блоке 1635 определяется (определяются) средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) во второй ячейке на основании предшествующего количеств(а) материала (материалов) в потоке во второй ячейке.

[0183] В блоке 1640 определяется (определяются) средняя скорость (скорости) изменения во второй ячейке на основании скорости (скоростей) передвижения по меньшей мере одного материала.

[0184] В блоке 1645 обновленное количество (количества) во второй ячейке основывается (основываются) на скорректированной средней скорости (скоростях) изменения.

[0185] В блоке 1650 определяется управляющее воздействие для ядерного реактора. В одном варианте осуществления этот блок является необязательным.

[0186] В блоке 1655 управляющее воздействие для ядерного реактора выполняется. В одном варианте осуществления этот блок является необязательным.

[0187] В блоке 1660 материал (материалы) перемещается (перемещаются) в первую ячейку или из нее на скорости передвижения приблизительно равнозначной скорости (скоростям) передвижения материала (материалов). Аналогично блоку 1160 перемещается фактическое количество по меньшей мере одного вещества, но передвижение происходит со скоростью передвижения, равнозначной соответствующей скорости передвижения. В одном варианте осуществления, таком как моделирование или оценка проекта реактора, этот шаг необязателен.

[0188] Способ останавливается в блоке 1660, но может продолжаться до точки В, как указано в других способах на других графических материалах.

[0189] Рассмотрим далее фиг.17, где предоставляется примерный способ 1700 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Способ 1700 начинается в блоке 1705. Как показывается точкой В, способу 1700 может предшествовать способ 1600.

[0190] В блоке 1705 материал(ы) перемещается (перемещаются) из второй ячейки или в нее со скоростью (скоростями) передвижения, приблизительно равнозначной скорости (скоростям) передвижения материалов. В этом блоке фактическое количество по меньшей мере одного вещества, соответствующего одному или более из по меньшей мере одного материала, перемещается из одного положения в другое или обратно (т.е. из положения второй ячейки или в положение второй ячейки) со скоростью (скоростями) передвижения. Например, вместе с блоком 1660 способа 1600 количество вещества, приблизительно равное определенному количеству перемещаемого материала или количествам соответствующих материалов, может перемещаться из первой ячейки во вторую ячейку или, наоборот, с соответствующей скоростью (скоростями) передвижения.

[0191] Способ останавливается в блоке 1705.

[0192] Рассмотрим далее фиг.18, где предоставляется примерный способ 1800 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Способ 1800 начинается в блоке 1805. Как указано точкой В, способу 1800 может предшествовать способ 1600. Примерный способ 1800 предоставляет примерный способ передвижения вещества с различными скоростями через реактор в цикле из четырех ячеек. В каждой ячейке в цикле скорость и тип перемещаемого вещества не обязаны быть одинаковыми. Специалист в данной области техники поймет, что цикл из четырех ячеек по необходимости может быть расширен или сокращен (т.е. включать меньше или больше ячеек).

[0193] В блоке 1805 материал(ы) перемещается (перемещаются) во вторую ячейку со скоростью (скоростями) передвижения, примерно равнозначной скорости (скоростям) передвижения материалов.

[0194] В блоке 1810 определяется вторая скорость (скорости) передвижения (их ряд) материала (материалов) по второй ячейке.

[0195] В блоке 1815 осуществляется (осуществляются) дальнейшая корректировка (корректировки) средней скорости (скоростей) изменения во второй ячейке на основании второй скорости (скоростей) передвижения (их ряда) материала (материалов).

[0196] В блоке 1820 материал (материалы) перемещается (перемещаются) из второй ячейки в третью ячейку с приблизительно второй скоростью (скоростями) передвижения (их рядом).

[0197] В блоке 1825 определяется (определяются) скорость (скорости) передвижения для материала (материалов) в третьей ячейке.

[0198] В блоке 1830 средняя скорость (скорости) изменения для материала (материалов) в третьей ячейке корректируется (корректируются) вторыми скоростями передвижения (их рядом) для второй ячейки и/или определенными скоростями передвижения третьей ячейки.

[0199] В блоке 1835 материал(ы) перемещается (перемещаются) из третьей ячейки в четвертую ячейку примерно с определенной скоростью (скоростями) передвижения третьей ячейки.

[0200] В блоке 1840 определяется (определяются) скорость (скорости) передвижения для материала (материалов) в четвертой ячейке.

[0201] В блоке 1845 средняя скорость (скорости) изменения материала (материалов) в четвертой ячейке корректируется (корректируются) определенной скоростью (скоростями) передвижения третьей ячейки и/или определенными скоростями передвижения четвертой ячейки.

[0202] В блоке 1850 материал(ы) перемещается (перемещаются) из четвертой ячейки в первую ячейку примерно с определенными скоростями передвижения четвертой ячейки.

[0203] Способ останавливается в блоке 1850.

[0204] Рассмотрим далее фиг.19, где предоставляется примерный способ 1900 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Примерный способ 1900 демонстрирует, среди прочего, смешивание количеств одного или более из материалов из первой ячейки и третьей ячейки, и передвижение по меньшей мере части смеси обратно в первую ячейку. Передвижения происходят с разными скоростями. Во время передвижения необязательно могут возникать одна или более дополнительных итераций расчетов потока нейтронов или трансмутации. Специалист в данной области техники поймет, что этот примерный способ мог бы быть расширен или сокращен, чтобы включать различные способы смешивания, использующие меньше или больше ячеек. Способ 1900 начинается в блоке 1905. Как показано точкой В, способу 1900 может предшествовать способ 1600.

[0205] В блоке 1905 материал(ы) перемещается (перемещаются) во вторую ячейку со скоростью (скоростями) передвижения, приблизительно равнозначными скорости (скоростям) передвижения материалов.

[0206] В блоке 1910 определяется (определяются) вторая скорость (скорости.) передвижения (их варианты) для материала (материалов) второй ячейки.

[0207] В блоке 1915 осуществляются дальнейшие корректировки средней скорости (скоростей) изменения во второй ячейке и средней скорости (скоростей) изменения в третьей ячейке, на основании второй скорости (скоростей) передвижения (их вариантов) материала (материалов).

[0208] В блоке 1920 материал(ы) перемещается (перемещаются) с примерно второй скоростью (скоростями) передвижения (их вариантов) в третью ячейку или из нее из второй ячейки или в нее.

[0209] В блоке 1925 определяется (определяются) новая средняя скорость (скорости) изменения количества (количеств) материала (материалов) в первой ячейке, на основании текущего количества (количеств) материала (материалов) и обновленного потока в первой ячейке.

[0210] В блоке 1930 новое обновленное количество (количества) в первой ячейке для материала (материалов) определяется (определяются) на основании новой средней скорости (скоростей) изменения.

[0211] В блоке 1935 третья скорость (скорости) передвижения (их варианты) определяется для материала (материалов) второй ячейки.

[0212] В блоке 1940 средняя скорость (скорости) изменения материала (материалов) в первой и второй ячейках корректируется (корректируются) с использованием третьей скорости (скоростей) передвижения (их вариантов).

[0213] В блоке 1945 материал(ы) перемещается (перемещаются) примерно с третьей скоростью (скоростями) передвижения (их вариантами) из второй ячейки в первую ячейку.

[0214] Способ останавливается в блоке 1945.

[0215] Рассмотрим далее фиг.20, где предоставляется примерный способ 2000 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Примерный способ 2000 предоставляет примерный способ, среди прочего, передвижения количеств одного или более материалов в положение ячейки для хранения (например, бак хранения или резервуар, и т.п.) с различными скоростями. Во время передвижения материала в положение ячейки хранения или из нее могут необязательно возникать одна или более дополнительных итераций расчетов потока нейтронов и трансмутации. Материал может также перемещаться из ячейки хранения (например, в положение, которое не представляется первой ячейкой). Способ 2000 начинается в блоке 2005. Как показано точкой В, способу 2000 может предшествовать способ 1600.

[0216] В блоке 2005 материал(ы) перемещается (перемещаются) во вторую ячейку со скоростью (скоростями) передвижения, примерно равнозначной скорости (скоростям) передвижения материалов.

[0217] В блоке 2010 определяется вторая скорость (скорости) передвижения (их ряд) материала (материалов) второй ячейки.

[0218] В блоке 2015 производится (производятся) дальнейшая корректировка (корректировки) средней скорости (скоростей) изменения во второй ячейке, на основании второй скорости (скоростей) передвижения (их ряда) материала (материалов).

[0219] В блоке 2020 материал(ы) перемещается (перемещаются) приблизительно со второй скоростью (скоростями) передвижения (их рядом) из второй ячейки.

[0220] В блоке 2025 определяется (определяются) новая средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) в первой ячейке на основании текущего количеств(а) материала (материалов) и обновленного потока в первой ячейке.

[0221] В блоке 2030 определяется (определяются) новое обновленное количество (количества) в первой ячейке для материала (материалов) на основании новой средней скорости (скоростей) изменения.

[0222] В блоке 2035 определяется (определяются) новая средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) во второй ячейке на основании текущего количеств(а) материала (материалов) и потока во второй ячейке.

[0223] В блоке 2040 определяется третья скорость (скорости) передвижения (их варианты) для материалов во второй ячейке.

[0224] В блоке 2045 средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) в первой ячейке определяется (определяются) на основании третьей скорости (скоростей) передвижения (их вариантов) для материалов во второй ячейке.

[0225] В блоке 2050 средняя скорость (скорости) изменения количеств(а) материала (материалов) во второй ячейке определяется (определяются) на основании третьей скорости (скоростей) передвижения (их вариантов) для материалов во второй ячейке.

[0226] В блоке 2055 материал(ы) перемещается (перемещаются) приблизительно с третьей скоростью (скоростями) передвижения (их вариантами) из второй ячейки в первую ячейку.

[0227] Способ останавливается в блоке 2055.

[0228] Рассмотрим далее фиг.21, где представляется примерный способ 2100 для моделирования ядерного реактора и/или управления им. Как обсуждается в другом месте данного документа, уравнения переноса нейтронов могут использовать данные эффективного сечения для некоторых или всех материалов в реакторе. Способ 2100 демонстрирует неограничительный иллюстративный способ, который может иметь одно или более из следующих преимуществ. Он может уменьшать вычислительную нагрузку, уменьшать необходимость в исчерпывающих данных эффективного сечения для каждой реакции для каждой целевой частицы в спектре падающих энергий частиц и/или улучшать точность текущих способов. Способ 2100 начинается в блоке 2105.

[0229] В блоке 2105 выбирается сосед для основного материала в первой ячейке. Основной материал - это материал одного или более материалов в реакторе или ячейке реактора, который может быть представлен материалом-агентом. В одном варианте осуществления основные материалы могут быть продуктами деления (элементами, изотопами и/или изомерами изотопов). Основной материал мог бы и не быть хорошо описанным, что касается микроскопического свойства, такого как микроскопические данные эффективного сечения. Например, некоторые из эффективных сечений для рассеивания, радиоактивного захвата, деления и других реакций с нейтронами различных энергий могут не быть известны. Также информация об основном материале может быть хорошо известна, но по другим причинам (таким как уменьшение вычислительной нагрузки) основной материал может быть представлен соседним материалом, который будет действовать как агент. Сосед может быть выбран из множества материалов-агентов. В одном варианте осуществления много соседей могут быть выбраны из множества материалов-агентов, чтобы представлять основной материал в качестве агентов для более чем одного свойства. Материалы-агенты, как правило, хорошо описаны в том, что касается относящихся к делу микроскопических данных эффективного сечения. В одном варианте осуществления материалы-агенты представляют собой реальные материалы (например, изотопы) с эмпирически определенными микроскопическими параметрами. В еще одном варианте осуществления материалы-агенты включают один или более фиктивных материалов. Фиктивный материал - это по существу собрание фиктивных значений для различных эффективных сечений и для других свойств по выбору. Сосед может выбираться, чтобы действовать как агент для основного материала по одному или большему числу из многих критериев. Как правило, сосед имеет микроскопические свойства, такие что определенная плотность соседа будет иметь макроскопические свойства, похожие на существующую плотность основного материала. Таким образом, сосед может выбираться, чтобы действовать как агент для основного материала, основанный на сравнении микроскопических свойств основного материала с микроскопическими свойствами каждого из соседей. Микроскопические свойства могут быть аппроксимированы, имея одно или более дискретных значений, что касается энергии падающей частицы (например, нейтрона), или могут быть оценены как функция энергии падающей частицы. В одном варианте осуществления выбор соседа или соседей ограничен выбором из одного или более материалов-агентов, которые также являются продуктами деления от делений одного или более делящихся материалов. Продукты деления также могут ограничиваться делениями, вызванными нейтронами и/или нейтронами определенных уровней энергии. В одном варианте осуществления, далее ограничивающем выбор, потенциальные соседи могут выбираться из материалов-агентов с тем же максимумом, что и основной материал кривой выхода продуктов деления (например, левой части 912 или правой части 914 кривой 900 выхода продуктов деления, показанной на фиг.9). В одном варианте осуществления число потенциальных основных материалов больше, чем число материалов-агентов. Например, известное число изотопов продуктов деления в тысячах. 13 еще одном варианте осуществления число материалов-агентов ограничено относительно малым числом (например, менее 100, 50, 30 или 20). В одном варианте осуществления число материалов-агентов ограничено 12. В одном варианте осуществления этот блок выполняется иллюстративным способом 2200, описанным ниже.

[0230] В блоке 2110 определяется замещающее количество выбранного соседа или соседей. Как обсуждалось выше, сосед может иметь такие микроскопические свойства, что определенная плотность соседа будет иметь макроскопические свойства, подобные существующей плотности основного материала. Замещающее количество - это количество или плотность (например, концентрация) соседа, которая будет служить для представления основного материала в данной концентрации. Как и микроскопические свойства, макроскопические свойства могут быть аппроксимированы как одна или более дискретных величин или как функция энергии падающей частицы.

[0231] В блоке 2115 блоки 2105 и 2110 повторяются для каждого из множества основных материалов в первой ячейке. В этом блоке сосед или соседи выбирается/выбираются, чтобы действовать как агент(ы) для каждого из множества основных материалов (которые могут составлять или не составлять все материалы в ячейке). Данный материал-агент может выбираться как сосед для более чем одного основного материала. Другие материалы-агенты могут не выбираться соседом ни для какого основного материала. Замещающие количества каждого агента определяются для каждого основного материала, для которого агент является соседом.

[0232] В блоке 2120 определяется суммарное замещающее количество для каждого материала-агента. В этом блоке общее замещающее количество каждого агента определяется на основании замещающих количеств для каждого соседа материала-агента. Например, предположим, что один материал-агент быть выбран соседом для трех разных основных материалов. После выполнения предыдущих блоков агент может иметь три замещающих количества (по одному для каждого основного материала). В этом блоке определяется суммарное замещающее количество на основании трех замещающих количеств (например, путем их суммирования).

[0233] В блоке 2125 определяется поток в первой ячейке на основании суммированных замещающих количеств каждого материала-агента в первой ячейке. Как описывается в другом месте данного документа, например, поток может определяться расчетом переноса (например, решением уравнений переноса нейтронов, чтобы определять поток нейтронов), а также может основываться на суммарных замещающих количествах каждого материала-агента в одной или более других ячеек. Поток может быть аппроксимирован одной или более дискретными величинами или может быть непрерывной функцией, таким образом описывая спектр потока. Поток может быть зависимым от пространства и/или энергии. Поток может определяться методами численного анализа, включая методы Монте-Карло. Средняя скорость изменения потока может быть взвешенным средним (например, как определяется методом Рунге-Кутта или любым другим методом). Поток может зависеть от количества каждого из одного или более материалов в первой ячейке. Вместо использования фактических количеств (например, концентраций) каждого материала в ячейке, расчет использует суммарные замещающие количества каждого материала-агента. Таким образом, данные эффективного сечения и концентрации основных материалов учитываются в определении потока (например, расчетах переноса нейтронов) агентами, имеющими замещающие концентрации. В вариантах осуществления, где число агентов сравнительно мало, вычислительная нагрузка может быть значительно уменьшена.

[0234] В блоке 2130 обновленное количество одного или более материалов (основного или агента) определяется па основании предшествующего количества материалов и потока (например, оцененного среднего потока) в первой ячейке. Один или более материалов могут быть подмножеством материалов в ячейке. Например, обновленные количества могут определяться расчетом трансмутации, который может принимать во внимание скорости выработки (например, на основании скоростей реакций, таких как скорости деления) и скорости затухания (например, используя константы затухания). Обновленные количества для одного или более материалов могут рассчитываться отдельно или вместе (как когда объединены через уравнения трансмутации). Расчет может включать вычисление обновленного количества на основании определенного промежутка времени.

[0235] В блоке 2135 определяется управляющее воздействие для ядерного реактора. Как описано выше, управляющее воздействие может быть изменением (положительным или отрицательным) для локальной нейтронной реактивности реактора с использованием любых признаков, влияющих на нейтроны или их поглощение, таких как передвижение поглощающих нейтроны материалов или текучих сред, управляющих стержней, и т.п.; изменением в одной или более различных скоростях потока по какой-либо причине, включая, но не ограничиваясь, локализированной или общей мощностью реактора, например, потока теплопоглощающего материала (например, теплоносителя) через реактор или части реактора при помощи произведения изменений в работе насосов охлаждения реактора и/или различных положений клапанов в системе реактора, включая запорные элементы реактора или стопорные клапаны охлаждения реактора, паровые запорные клапаны и т.п., но не ограничиваясь ими; изменением в положениях одного или более выключателей (например, выключателей подачи питания насоса охлаждения реактора, выходных выключателей парового турбогенератора и т.п.); или подобным. Другие управляющие воздействия будут очевидными для специалистов в данной области техники на основании указаний данного документа. Определенное управляющее воздействие может показываться пользователю.

[0236] В блоке 2140 выполняется управляющее воздействие для ядерного реактора. Как описано выше, это выполнение может быть автоматическим или ручным.

[0237] Способ останавливается в блоке 2140.

[0238] Рассмотрим далее фиг.22, где предоставляется примерный способ для моделирования ядерного реактора и/или управления им. В одном варианте осуществления способ 2200 используется, чтобы выполнять вышеописанный блок 210b. Способ 2200 начинается в блоке 2205.

[0239] В блоке 2205 определяется множество потенциальных соседей. Продолжая описание блока 2205, потенциальные соседи могут ограничиваться материалами, являющимися продуктами деления определенных изотопов, возможно порожденными падающими частицами определенной энергии. В одном варианте осуществления потенциальные соседи для данного основного вещества могут ограничиваться продуктами деления с тем же максимумом кривой или кривых выхода деления как для основного вещества. Рассматриваемая кривая выхода деления могла бы быть, например, кривой реакции деления одного конкретного делящегося материала или кривыми многих реакций деления в любой комбинации энергий падающих частиц и делящегося материала. Потенциальные соседи могут также ограничиваться материалами, которые достаточно хорошо описаны, чтобы подходить в качестве материалов-агентов. В одном варианте осуществления множество потенциальных соседей для данного основного материала выбирается путем установления некоторого числа (например, трех) материалов-агентов, имеющих атомное массовое число (А) «наиболее подобное» атомному массовому числу основного материала. Выбор «наиболее подобного» может ограничиваться материалами-агентами, имеющими большие (или меньшие) значения атомного массового числа. Кроме того, выбор «наиболее подобного» может вынуждаться принимать по меньшей мере один меньший и один больший (с точки зрения атомного массового числа) материал-агент. Потенциальные соседи, имеющие микроскопическое эффективное сечение, равное нулю или близкое к нулю в некоторых вариантах осуществления могут отбрасываться.

[0240] В блоке 2210 сосед выбирается из множества потенциальных соседей. Когда множество потенциальных соседей установлено, из множества может быть выбран один или более соседей. В одном варианте осуществления соседи могут выбираться сравнением одного или более микроскопических свойств, таких как эффективное сечение.

Таким образом, число сравнений, необходимых для выбора соседа, ограничено числом материалов, определенных в качестве потенциальных соседей в блоке 2205.

[0241] Способ останавливается в блоке 2210. В одном варианте осуществления потенциальные соседи могут устанавливаться сравнением одного или более микроскопических свойств, таких как эффективное сечение. Потенциальные соседи, имеющие микроскопическое эффективное сечение, равное нулю или близкое к нулю, в некоторых вариантах осуществления могут отбрасываться.

[0242] Что касается использования в данном документе в значительной мере любых терминов в множественном и/или единственном числе, специалисты в данной области техники могут переводить из множественного в единственное и/или из единственного во множественное, как надлежит согласно контексту и/или приложению. Различные перестановки единственное/множественное не специально формулируются в данном документе ради ясности.

[0243] Хотя в данном документе были показаны и описаны конкретные аспекты данного предмета обсуждения, специалистам в данной области техники будет понятно, что на основе изложенных здесь указаний могут осуществляться изменения и модификации, без отхода от описанного здесь предмета обсуждения и его более широких аспектов и, следовательно, прилагаемая формула изобретения должна заключать в своем объеме все такие изменения и модификации, как и истинный дух и объем предмета обсуждения, описанного в данном документе. Кроме того, надо понимать, что изобретение определяется прилагаемой формулой изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что, в общем, термины, используемые в данном документе, и особенно в прилагаемой формуле изобретения (например, основных частях прилагаемой формулы изобретения) в общем подразумеваются как «открытые» термины (например, термин «включая» следует интерпретировать как «включая, но не ограничиваясь», термин «имеющий» следует интерпретировать как «имеющий, по меньшей мере», термин «включает» следует интерпретировать как «включает, но не ограничивается», и т.д.). Также специалистам в данной области техники будет понятно, что если подразумевается конкретное число перечислений какого-либо представленного пункта формулы, такое намерение будет недвусмысленно передано в этом пункте формулы, а в отсутствии такого перечисления подобного намерения не содержится. Например, для помощи в понимании, последующие пункты прилагаемой формулы изобретения могут содержать использование вводных фраз «по меньшей мере один» и «один или более», чтобы вводить перечисления пунктов формулы. Однако использование таких фраз не следует истолковывать как предположение того, что введение перечисления пункта формулы словами «один» или «некий» ограничивает какой-либо конкретный пункт формулы изобретения, содержащий такое введенное перечисление пункта формулы изобретениями, содержащими лишь одно такое перечисление, даже если тот же пункт включает вводные фразы «один или более» или «по меньшей мере один» и такие слова как «один» или «некий» (например, «один» и/или «некий» следует, как правило, понимать в смысле «по меньшей мере один» или «один или более»); аналогичное верно для использования указательных местоимений, используемых для введения перечислений пунктов формулы. Кроме того, даже если явно передано конкретное число перечислений представленного пункта формулы, специалисты в данной области техники поймут, что такое перечисление, как правило, следует понимать как по меньшей мере приведенное число (например, прямое перечисление «двух перечислений», без других модификаторов, обычно обозначает по меньшей мере два перечисления или два или более перечислений). Кроме того, в тех случаях, когда используется договоренность, аналогичная «по меньшей мере одно из А, В и С, и т.п.», как правило, такая конструкция подразумевается в смысле, в котором ее поймет специалист в данной области техники (например, «система, имеющая по меньшей мере одно из А, В и С» будет включать системы, которые имеют только А, только В, только С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе, и/или А, В и С вместе и т.д., но не ограничиваться ими). Также специалистам в данной области техники будет понятно, что фактически любое дизъюнктивное слово и/или фраза, представляющая два или более альтернативных термина, или в описании, или в формуле изобретения, или в графических материалах, следует понимать с предположением возможностей включения одного из терминов, любого из терминов или обоих терминов. Например, фраза «А или В» будет понята как включающая возможности «А» или «В» или «А и В». Что касается прилагаемой формулы изобретения, специалисты в данной области техники поймут, что перечисленные в ней операции могут, в общем, выполняться в любом порядке. Примеры таких альтернативных упорядочений могут включать перекрывающееся, перемежающееся, прерывающееся, переупорядоченное, нарастающее, предварительное, дополнительное, синхронное, обратное или другие варианты упорядочений, если только иное не выплывает из контекста. Что касается контекста, даже термины наподобие «реагирующий на», «относящийся к» или другие определения, относящиеся к прошедшему времени, как правило, не предназначены для исключения таких вариантов, если только иное не выплывает из контекста.

[0244] Предмет обсуждения, описанный в данном документе, иногда показывает различные компоненты, содержащиеся в или связанные с различными другими компонентами. Надо понимать, что такие описанные архитектуры являются всего лишь примерами и что на самом деле могут быть реализованы многие другие архитектуры, выполняющие те же функции. В концептуальном смысле любое расположение компонентов, чтобы выполнять те же функции, в сущности «связывается» таким образом, что выполняются желаемые функции. Поэтому здесь любые два компонента, соединенные для выполнения конкретных функций, могут рассматриваться как «связанные» друг с другом таким образом, что выполняются желаемые функции, независимо от архитектур или промежуточных компонентов. Аналогично, любые два компонента, связанные таким образом, также могут рассматриваться как «оперативно соединенные», «действенно связанные» или «оперативно связанные» друг с другом для выполнения желаемых функций и любые два компонента, которые могут быть связаны таким образом, также могут рассматриваться как «оперативно связываемые» друг с другом для выполнения желаемых функций. Конкретные примеры оперативно связываемых компонентов включают физически сопрягаемые и/или физически взаимодействующие, и/или могущие взаимодействовать беспроводным способом, и/или взаимодействующие беспроводным способом компоненты, и/или логически взаимодействующие, и/или могущие логически взаимодействовать компоненты, но не ограничиваются ими.

[0245] Хотя в данном документе были раскрыты различные аспекты и варианты осуществления, специалистам в данной области техники будут очевидны и другие аспекты и варианты осуществления. Различные аспекты и варианты осуществления, раскрытые здесь, предоставлены лишь с целью демонстрации и не предназначены для ограничения, а истинный объем и дух обозначаются следующей формулой изобретения.

Изобретение относится к ядерным реакторам на бегущей волне. Способ определения материалов активной зоны включает определение количеств основных делящихся и количеств замещающих материалов, определение микроскопического сечения поглощения основных материалов и материалов-соседей, аппроксимацию микроскопического сечения поглощения функцией спектра потока нейтронов и, дополнительно, интегралом функции микроскопического сечения абсорбции, взвешенного по спектру потока нейтронов. Технический результат - возможность моделирования оптимального материального состава активной зоны реактора на бегущей волне. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Способ определения соответствующих количеств материалов в первой ячейке, при этом указанная ячейка включает несколько основных материалов, включающий:
(a) выбор материала, соседнего с основным материалом из указанных нескольких основных материалов в указанной первой ячейке, где указанный выбранный материал-сосед представляет собой один из множества материалов-агентов,
(b) определение замещающего количества указанного соседа для указанной первой ячейки, где указанное замещающее количество представляет собой количество указанного выбранного материала-соседа, которое аппроксимирует макроскопическое свойство указанного основного материала функцией количества указанного основного материала в указанной первой ячейке;
(c) выполнение действий (а) и (b) для каждого основного материала из указанных нескольких основных материалов в указанной первой ячейке; и
(d) определение суммарного замещающего количества каждого материала-агента для указанной первой ячейки путем суммирования замещающих количеств материала-агента, относящихся к указанному материалу-агенту.

2. Способ по п. 1, где материалы-агенты и основные материалы включают продукты деления.

3. Способ по п. 1, где действие (а¹) содержит определение суммарных замещающих количеств множества материалов-агентов.

4. Способ по п. 1, где действие (а) включает выбор указанного материала-соседа из множества возможных соседних материалов на основе сравнения микроскопического свойства указанного основного материала с микроскопическим свойством каждого из множества указанных материалов-соседей.

5. Способ по п. 4, дополнительно включающий определение указанного множества возможных материалов-соседей среди указанных материалов-агентов на основании сравнения атомного массового номера (А) указанного основного материала с А каждого указанного материала-агента.

6. Способ по п. 4, где указанное микроскопическое свойство представляет собой микроскопическое сечение поглощения.

7. Способ по п. 6, дополнительно включающий аппроксимацию указанного микроскопического сечения поглощения одним значением, вычисленным на основании спектра потока нейтронов.

8. Способ по п. 6, дополнительно включающий аппроксимацию указанного микроскопического сечения поглощения функцией спектра потока нейтронов.

9. Способ по п. 6, дополнительно включающий аппроксимацию указанного микроскопического сечения поглощения интегралом функции микроскопического сечения абсорбции, взвешенного по спектру потока нейтронов.

10. Способ по п. 1, где указанное макроскопическое свойство представляет собой макроскопическое сечение поглощения.

11. Способ по п. 1, где указанное макроскопическое свойство представляет собой макроскопическое сечение рассеяния.

12. Способ по п. 1, где действие (а) включает выбор материала-агента из множества продуктов деления.

13. Способ по п. 1, где действие (а) включает выбор материала агента из множества продуктов деления в пике кривой выхода продуктов деления, содержащем указанный основной материал.

14. Способ по п. 1, где пренебрегают возможным материалом-соседом, имеющим микроскопическое свойство, близкое к нулю.

15. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
(е) определение потока в указанной первой ячейке на основании указанных суммарных значений замещающих количеств каждого указанного материала-агента в указанной первой ячейке.

16. Способ по п. 15, где указанное определение в действии(е) дополнительно основано на одном или более суммированных замещающих количеств одного или более материалов-агентов во второй ячейке.

17. Способ по п. 15, где указанное определение в действии(е) дополнительно основано на одном или более суммированных замещающих количеств одного или более материалов-агентов во множестве ячеек.

18. Способ по п. 15, дополнительно включающий определение спектра потока нейтронов.

19. Способ по п. 15, где действие (е) включает определение потока методом Монте-Карло.

20. Способ по п. 1, дополнительно включающий:
(е) определение обновленного количества одного из указанных материалов на основании количества указанного одного из указанных материалов и протока в указанной первой ячейке.

21. Способ определения соответствующих количеств материалов в первой ячейке, при этом указанная первая ячейка включает несколько основных материалов и материалы-агенты, включающий:
(a) выбор множества материалов-соседей основному материалу из указанных нескольких основных материалов в указанной первой ячейке, где каждый материал-сосед указанного множества выбранных материалов-соседей представляет собой один из указанных материалов-агентов;
(b) определение множества замещающих количеств, где
каждое замещающее количество множества замещающих количеств согласовано с соответствующим материалом-соседом указанного множества выбранных материалов-соседей, и
указанное множество замещающих количеств указанного множества материалов-соседей аппроксимирует множество макроскопических свойств указанного основного материала функцией количества указанного основного материала в указанной первой ячейке;
(c) выполнение действий (а) и (b) для каждого основного материала из указанных нескольких основных материалов в указанной первой ячейке; и
(d) определение суммарного замещающего количества каждого материала-агента в указанной первой ячейке через замещающие количества, связанные с каждым указанным материалом-агентом.

22. Способ по пп. 1 или 21, где материал-агент множества материалов-агентов представляет собой изотоп, имеющий множество приемлемо охарактеризованных интересующих микроскопических свойств.

23. Способ по пп. 1 или 21, где первая ячейка представляет собой область множества областей системы ядерного реактора.

24. Способ по пп. 1 или 21, дополнительно включающий выполнение действий (a)-(d) для каждой ячейки множества ячеек.

25. Способ по п. 4, где указанное микроскопическое свойство представляет собой микроскопическое сечение рассеяния.

26. Способ по п. 25, дополнительно включающий аппроксимацию указанного микроскопического сечения одним значением, вычисленным на основании спектра потока нейтронов.

27. Способ по п. 25, дополнительно включающий аппроксимацию указанного микроскопического сечения рассеяния интегралом функции микроскопического сечения рассеяния, взвешенного по спектру потока нейтронов.

28. Способ по пп. 1 или 21, где действие (d) включает прибавление количества каждого указанного материала-агента к сумме замещающих количеств, соответствующих каждому указанному материалу-агенту.

29. Способ по пп. 1 или 21, дополнительно включающий:
перемещение поглотителя нейтронов в системе ядерного реактора.

30. Способ по пп. 1 или 21, дополнительно включающий:
автоматическое передвижение поглотителя нейтронов в системе ядерного реактора.

31. Способ по п. 21, дополнительно включающий:
автоматическое регулирование потока теплоносителя в системе ядерного реактора.