АКТИВНАЯ ЗОНА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА РАСПЛАВАХ СОЛЕЙ Российский патент 2024 года по МПК G21C5/14 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к активной зоне ядерного реактора на расплавах солей и к способу эксплуатации такой активной зоны ядерного реактора, в частности, к конструкции и проектированию активной зоны ядерного реактора на расплавах солей и способу эксплуатации такой активной зоны ядерного реактора.

Уровень техники

Реактор на расплавах солей (жидкосолевой реактор, ЖСР) - это ядерный реактор, в котором теплоносителем ядерного реактора и/или ядерным топливом является расплав соли, обычно фторидной или хлористой соли, с температурой плавления, составляющей приблизительно ~500°С, рабочей температурой, составляющей приблизительно от ~600 до 700°С и температурой кипения, составляющей ~1000°С выше точки плавления. Одним из многих преимуществ этого типа реактора является то, что расплавы солей можно использовать в качестве теплоносителя при очень высоких температурах, при этом работая при атмосферном давлении или близком к нему. Тепло из таких реакторов можно отбирать путем перекачки расплава соли в контур между активной зоной ядерного реактора и теплообменником, при этом мощность реактора прямо пропорциональна перепаду температур на теплообменнике и расходу. Из-за коррозионного характера расплавов фторидов и хлоридов их эксплуатация требует инертной защитной атмосферы, кроме того, нельзя допустить попадания расплава солей или паров расплава солей в окружающую среду, что предъявляет строгие требования к полной герметичности компонентов реактора на расплавах солей. Это представляет собой серьезную техническую проблему, поскольку очень мало материалов подходит для работы в условиях температуры и агрессивного характера расплава солей в сочетании с высоким уровнем радиации. Таким образом, материалы, которые можно использовать для изготовления активной зоны, нужно тщательно отбирать и комбинировать, чтобы получить решение, обеспечивающее надежную и долговечную активную зону ядерного реактора.

Реакторы на расплавах солей были изготовлены и эксплуатировались в Национальной лаборатории Оук-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) в 1950-x и 1960-х годах с исследовательской программой, продолжавшейся до 1970-х годов, и другими небольшими программами по всему миру.

Активная зона ядерного реактора имеет специальную геометрию, предназначенную для обеспечения ядерной цепной реакции, достигаемой за счет либо

1) достаточно большого количества топлива для создания критической сборки, либо

2) сочетания достаточного количества замедлителя и топлива для создания критической сборки.

Они называются соответственно реакторами на быстрых нейтронах и реакторами на тепловых нейтронах из-за результирующего спектра нейтронов, который демонстрирует каждый тип.

Существует потребность в компактных и массово производимых реакторах-размножителях (бридерах) на расплавах солей для достижения цели устойчивого удовлетворения будущего глобального спроса на энергию. Это создает серьезную проблему, поскольку чем меньше реактор, тем сложнее ему достичь расширенного воспроизводства ядерного топлива, поскольку вероятность выхода нейтронов из реактора, называемая «утечкой нейтронов», возрастает, ориентировочно, с увеличением отношения площади поверхности к объему реактора.

Реакторы на быстрых нейтронах, как правило, требуют гораздо большего содержания делящегося материала в топливе, чтобы стать критическими по сравнению с реакторами на тепловых нейтронах, и, таким образом, не очень хорошо подходят для быстрого распространения для удовлетворения будущего спроса на энергию из-за ограниченной доступности делящегося материала. Таким образом, необходим компактный и пригодный для массового изготовления реактор-размножитель на расплавах солей.

Одной из проблем, с которой сталкиваются жидкосолевые реакторы-размножители на тепловых нейтронах, является потребность в замедлителе, который эффективно замедляет нейтроны, допуская при этом расширенное воспроизводство ядерного топлива, что означает, что можно использовать только замедлители на основе углерода, бериллия или дейтерия. Единственными практическими замедлителями, которые допускают расширенное воспроизводство ядерного топлива в жидкосолевом реакторе на тепловых нейтронах, являются: твердый углерод, твердый бериллий, расплав соли дейтероксида лития, обогащенного по литию-7 (7LiOD) или жидкая тяжелая вода (D20). Из них углерод является единственным, который может выдержать прямой контакт для топливной соли, тогда как для остальных должен иметься конструкционный материал, отделяющий их от топливной соли. Все эти замедлители имеют свои плюсы и минусы и были предложены и изучены в прошлом для использования в качестве замедлителей в реакторе на расплавах солей.

Еще одной проблемой является выбор материалов для корпусов реакторов, содержащих топливную соль или замедлитель, если замедлитель отделен от топливной соли. Материалы должны быть устойчивы к ухудшению свойств при экстремально высоких температурах, интенсивном радиационном воздействии и должны обладать соответствующими свойствами поглощения нейтронов, а также устойчивостью к коррозионному воздействию расплава соли на корпуса реакторов, вмещающие расплав соли. В прошлом предлагались и изучались различные материалы для использования в конструкции компонентов реактора на расплавах солей. Тем не менее, каждый из этих материалов имеет практические ограничения по отношению к геометрическим формам, которые могут быть изготовлены в промышленном производстве.

Единственными известными совместимыми с расплавами солей материалами с низким поглощением нейтронов являются материалы на основе углерода и карбида кремния. Наиболее перспективными из них являются керамические композиты из карбида кремния и углерода, например, композит углеродное волокно - углеродная матрица (С/С), композит карбидокремниевое волокно - карбидокремниевая матрица (SiC/SiC) и композит карбидокремниевое волокно - углеродная матрица (SiC/C). Получение сложной геометрической формы из композиционных материалов является гораздо более затруднительным, чем изготовление из металлов, поскольку эти сложные формы из композиционных материалов в их готовом виде нельзя получить путем сгибания и/или сварки, а их нужно формовать для придания геометрической формы и обрабатывать в несколько этапов, например, обжигать в печи.

В патентном документе CN112259263A раскрывается активная зона ядерного реактора с конструкцией с прямыми цилиндрическими корпусами, которую относительно легко выполнить из подходящих материалов, но которая не обеспечивает эффективную конструкцию реактора, сводящую к минимуму утечку нейтронов.

Раскрытие сущности изобретения

Цель состоит в том, чтобы предложить активную зону ядерного реактора для ядерного реактора, которая обеспечивает преодоление вышеуказанной проблемы или по меньшей мере уменьшает ее.

Вышеприведенная и другие цели достигаются благодаря признакам, раскрытым в независимых пунктах формулы изобретения. Дополнительные варианты реализации будут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежей.

Согласно первому аспекту, для ядерного реактора на расплавах солей обеспечена активная зона ядерного реактора, содержащая:

- трубчатый, по существу, цилиндрический центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, проходящий в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов,

- множество трубчатых корпусов для топливной соли, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа для топливной соли до выхода для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли, причем множество трубчатых корпусов для топливной соли собраны с образованием, по существу, цилиндрической рубашки для топливной соли, окружающей центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов,

- множество трубчатых корпусов для замедлителя и отражателя нейтронов, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, причем множество трубчатых корпусов для замедлителя и отражателя нейтронов собраны с образованием, по существу, цилиндрической рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов, окружающей, по существу, цилиндрическую рубашку для топливной соли, причем

- по существу цилиндрический центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов имеет максимальную площадь внутреннего поперечного сечения посередине между входом для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов и выходом для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов.

Выполнение активной зоны ядерного реактора с рубашкой для топливной соли, образованной множеством трубчатых корпусов, которые в собранном виде образуют рубашку для топливной соли, а также выполнение активной зоны ядерного реактора с рубашкой для отражателя нейтронов, образованной множеством трубчатых корпусов, которые в собранном виде образуют рубашку для отражателя нейтронов, позволяет создать активную зону ядерного реактора с конструкцией из концентрических цилиндров, которые могут иметь переменный радиус, чтобы обеспечить больший объем в соответствующих концентрических пространствах между соответствующими цилиндрами, в которые поступает жидкость замедлителя и отражателя и расплав топливной соли, для получения критической сборки и уменьшения утечки нейтронов, т.е. эффективной геометрии реактора, при сохранении возможности изготовления из материалов, пригодных для использования в ядерном реакторе на расплавах солей. Компоненты изготавливаются из материалов, которые, как правило, должны быть изготовлены формованием, что, в свою очередь, накладывает ряд ограничений на конструкцию этих компонентов. Выполнение активной зоны согласно настоящему изобретению позволяет сконструировать эти компоненты таким образом, чтобы их можно было изготовить из подходящих материалов, таких как керамический композит и металлический сплав, предпочтительно циркониевый сплав. Выполнение активной зоны ядерного реактора в соответствии с первым аспектом позволяет оптимизировать конструкцию активной зоны с эффективной геометрией реактора, при которой требуется лишь небольшое количество топливной соли для создания критической сборки реактора, которая при этом остается практически осуществимой для сборки, а также обеспечивает достаточную скорость циркуляции топливной соли для отбора выделяемого тепла, с, по существу, цилиндрическим центральным корпусом для замедлителя и отражателя нейтронов, имеющим максимальную площадь внутреннего поперечного сечения посередине между входом для жидкого замедлителя и выходом для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, керамический композиционный материал представляет собой композит с керамической матрицей.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта керамический композиционный материал представляет собой керамический композит из карбида кремния и углерода, предпочтительно, композит углеродное волокно - углеродная матрица (С/С), композит карбидокремниевое волокно - карбидокремниевая матрица (SiC/SiC) и/или композит карбидокремниевое волокно - углеродная матрица (SiC/C).

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта по меньшей мере на части осевой протяженности центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов площадь внутреннего поперечного сечения центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов постепенно увеличивается к срединному положению между входом для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов и выходом для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов. Площадь внутреннего поперечного сечения, предпочтительно, непрерывно изменяется между входом для замедлителя и отражателя нейтронов и выходом для замедлителя и отражателя нейтронов по меньшей мере на части осевой протяженности центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, по существу цилиндрический центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов и/или корпус для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов имеют стенку из металлического сплава, предпочтительно из железного сплава, предпочтительно из нержавеющей стали, а наиболее предпочтительно из циркониевого сплава или керамического композиционного материала, при этом корпуса для топливной соли имеют стенку из керамического композиционного материала, металлического сплава, железного сплава, предпочтительно из нержавеющей стали или никелевого сплава, предпочтительно из инконеля (Inconel®) или хастеллоя (Hastelloy®).

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, каждый корпус для топливной соли в топливной рубашке для топливной соли, по существу, идентичен другим корпусам для топливной соли в рубашке для топливной соли.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, каждый корпус замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке замедлителя и отражателя нейтронов, по существу, идентичен другим корпусам замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке замедлителя и отражателя нейтронов.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, между центральным корпусом для замедлителя и рубашкой для топливной соли обеспечена первая, по существу, цилиндрическая изоляционная рубашка, образованная одним или более первыми изоляционными элементами, причем первые изоляционные элементы, предпочтительно, выполнены в виде секторов первой, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг центрального корпуса для замедлителя, при этом первые изоляционные элементы, предпочтительно, изготовлены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем. Изоляция позволяет значительно снизить утечку тепла на жидкость замедлителя и отражателя нейтронов, чтобы постоянно поддерживать работу жидкости замедлителя и отражателя нейтронов при намного более низкой температуре, чем у топливной соли, что, в частности, является значительным преимуществом при использовании гидроксидного или дейтероксидного замедлителя из-за снижения коррозионного воздействия при более низких температурах.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, между рубашкой для топливной соли и рубашкой для замедлителя и отражателя нейтронов обеспечена вторая, по существу, цилиндрическая изоляционная рубашка, причем вторая изоляционная рубашка, предпочтительно, образована одним или более вторыми изоляционными элементами, которые, предпочтительно, выполнены в виде секторов второй, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг солевой рубашки, при этом вторые изоляционные элементы, предпочтительно, изготовлены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта активная зона ядерного реактора содержит множество трубчатых корпусов для бланкетной соли, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа до выхода для прохождения расплава бланкетной соли, причем множество трубчатых корпусов для бланкетной соли собраны с образованием, по существу, цилиндрической рубашки для бланкетной соли, окружающей рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, между корпусом для отражателя нейтронов и рубашкой для бланкетной соли предусмотрена третья, по существу, цилиндрическая изоляционная рубашка, предпочтительно, образованная одним или более третьими изоляционными элементами, которые, предпочтительно, выполнены в виде секторов третьей, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов, при этом третьи изоляционные элементы, предпочтительно, изготовлены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, графитовый войлок или графитовый войлок, пропитанный изоляционным аэрогелем, первой, второй или третьей, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки покрыт листовым металлом, предпочтительно листовым металлом с толщиной приблизительно 0,01-0,1 мм, для устранения или по меньшей мере снижения риска впитывания соли.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, каждый из центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов, корпусов для топливной соли, корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов и/или корпусов для бланкетной соли собран из двух частей, разделенных плоскостью М симметрии, проходящей радиально от срединного положения.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов имеет переменные внутренний и внешний радиусы R11 и R12, причем внутренний и внешний радиусы R11 и R12, предпочтительно, максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, рубашка для топливной соли имеет вид полого кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R21 и R22, при этом корпуса для топливной соли, предпочтительно, имеют вид, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R21 и R22 или эффективными радиусами R21' и R22', соответственно, и с заданным секторным углом А2, причем внутренний и внешний радиусы R21 и R22 или эффективные радиусы R21' и R22', предпочтительно, максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов имеет вид полого кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R31 и R32, при этом корпус для замедлителя и отражателя нейтронов, предпочтительно, имеет вид, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R31 и R32 или эффективными радиусами R31' и R32', соответственно, и с заданным секторным углом A3, причем внутренний и внешний радиусы R31 и R32 или эффективные радиусы R31' и R32', предпочтительно, максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, рубашка для бланкетной соли имеет вид полого кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R41 и R42 или эффективными радиусами R41' и R42', при этом корпуса для бланкетной соли имеют вид, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R41 и R42 или эффективными радиусами R41' и R42', соответственно, и с заданным секторным углом А4, причем внутренний и внешний радиусы R41 и R42 или эффективные радиусы R41' и R42', предпочтительно, максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, рубашка для топливной соли, рубашка для отражателя нейтронов и/или рубашка для бланкетной соли представляют собой потенциально непрерывные по окружности рубашки, предпочтительно, образованные сопрягающимися сторонами трубчатых корпусов, образующих эти рубашки, соприкасающиеся друг с другом на значительной части их осевой протяженности.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, центральный корпус для замедлителя сегментирован и образован множеством трубчатых корпусов для замедлителя, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа для замедлителя до выхода для замедлителя для обеспечения прохождения замедлителя, причем множество трубчатых корпусов для замедлителя собраны с образованием центрального корпуса для замедлителя.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, центральный корпус для замедлителя имеет окружную внешнюю стенку и окружную внутреннюю стенку, причем окружная внутренняя стенка предпочтительно, образует просвет для приема управляющего стержня.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, жидким замедлителем является тяжелая вода.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, топливная соль содержит делящиеся компоненты, предпочтительно, содержащие соль фторида лития, обогащенного по литию-7, тетрафторида тория, тетрафторида урана, трифторида урана и/или трифторида плутония (7LiF) - (ThF4) - (UF4) - (UF3) -(PuF3).

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, бланкетная соль представляет собой расплав соли, содержащей воспроизводящие компоненты, предпочтительно, содержащей соль фторида лития, обогащенного по литию-7 и/или тетрафторида тория (7LiF) - (ThF4).

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта активная зона ядерного реактора снабжена подвижными поглощающими нейтроны управляющими элементами между корпусами рубашек, предпочтительно между корпусами, образующими рубашку для топливной соли и/или между корпусами, образующими рубашку, которая окружает топливную рубашку или окружена топливной рубашкой. Поглощающие нейтроны управляющие элементы аналогичны управляющим стержням, за исключением того, что поглощающие нейтроны управляющие элементы выполнены не в виде стержня, а в виде пластины или клина, чтобы сопрягаться с соседними корпусами в соответствующей рубашке, и расположены таким образом, что их можно вставлять в активную зону ядерного реактора и извлекать из нее для управления ядерной реактивностью активной зоны ядерного реактора.

В одном из возможных вариантов реализации первого аспекта, рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов окружает вторая рубашка для топливной соли, при этом вторую рубашку для топливной соли окружает вторая рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов. В этом варианте реализации, вторую рубашку для отражателя нейтронов окружает рубашка для бланкетной соли, если таковая имеется. В этом варианте реализации вторая рубашка для топливной соли образована множеством трубчатых корпусов для топливной соли, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа для топливной соли до выхода для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли, причем множество трубчатых корпусов для топливной соли собраны с образованием второй цилиндрической рубашки для топливной соли, окружающей рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов. Вторая рубашка для отражателя нейтронов образована множеством трубчатых корпусов для замедлителя и отражателя нейтронов. Каждый трубчатый корпус для замедлителя и отражателя нейтронов проходит в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя нейтронов.

Еще одной целью изобретения является обеспечение способа эксплуатации активной зоны ядерного реактора, который преодолевает или по меньшей мере уменьшает вышеуказанные проблемы.

Согласно второму аспекту обеспечен способ эксплуатации активной зоны ядерного реактора на расплавах солей, причем активная зона содержит:

- трубчатый цилиндрический центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов, обеспечивающий прохождение жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов,

- цилиндрическую рубашку для топливной соли, окружающую центральный корпус для замедлителя, причем рубашка для топливной соли проходит в осевом направлении от входа для топливной соли до выхода для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли, и

- цилиндрическую рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов, окружающую рубашку для топливной соли, причем рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов проходит в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя нейтронов,

данный способ содержит следующее:

- управляют температурой топливной соли в рубашке для топливной соли, поддерживая температуру между приблизительно 600°С и 700°С,

- управляют температурой жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе для замедлителя и отражателя нейтронов, поддерживая температуру между приблизительно 10°С и 90°С, и

- предпочтительно, управляют температурой жидкости замедлителя и отражателя нейтронов в центральной рубашке для замедлителя и отражателя нейтронов, поддерживая температуру между приблизительно 10°С и 90°С.

Замедлитель и отражатель нейтронов, обычно - тяжелая вода, с температурой, регулируемой в диапазоне приблизительно от 10°С до 90°С, не нуждается в повышенном давлении для предотвращения его кипения. Таким образом, корпуса, содержащие замедлитель и отражатель нейтронов, не должны работать как сосуды под давлением и, таким образом, могут быть выполнены гораздо более легкими и менее прочными. Это является значительным преимуществом, так как подходящие материалы, обладающие требуемыми свойствами, трудно использовать в конструкции, которая должна выдерживать давление (сосуд под давлением). Таким образом, построение ядерной активной зоны значительно облегчается.

В одном из возможных вариантов реализации второго аспекта, способ содержит следующее:

- регулируют уровень жидкости или массу жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют уровень жидкости или массу жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют уровень жидкости или массу расплава бланкетной соли в рубашке для бланкетной соли, и/или

- регулируют температуру топливной соли в топливной рубашке, и/или

- регулируют температуру жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют температуру жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют химический состав жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют химический состав топливной соли, и/или

- регулируют расход жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют положение управляющего стержня, по меньшей мере частично вставленного в просвет в центральном корпусе для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют положение управляющего стержня, по меньшей мере частично вставленного между корпусами для топливной соли, и/или

- регулируют положение управляющего стержня, по меньшей мере частично вставленного между корпусами для замедлителя и поглощения нейтронов.

В одном из возможных вариантов реализации второго аспекта, управляющий стержень изготовлен из поглощающего нейтроны материала, такого как бор или гафний.

В одном из возможных вариантов реализации второго аспекта, жидким замедлителем является тяжелая вода.

В одном из возможных вариантов реализации второго аспекта, топливная соль содержит делящиеся компоненты, предпочтительно, содержащие соль фторида лития, обогащенного по литию-7, тетрафторида тория, тетрафторида урана, трифторида урана и/или трифторида плутония (7LiF) - (ThF4) - (UF4) - (UF3) -(PuF3).

В одном из возможных вариантов реализации второго аспекта, бланкетная соль представляет собой расплав соли, содержащей воспроизводящие компоненты, предпочтительно, содержащей соль фторида лития, обогащенного по литию-7 и/или тетрафторида тория (7LiF) - (ThF4).

Согласно третьему аспекту, обеспечен ядерный реактор на расплавах солей, содержащий контроллер, выполненный с возможностью осуществления способа согласно второму аспекту или любому возможному варианту реализации второго аспекта.

Еще одной целью изобретения является обеспечение активной зоны ядерного реактора, позволяющей преодолеть или по меньшей мере уменьшить проблемы, указанные выше.

В соответствии с четвертым аспектом обеспечена активная зона ядерного реактора для реактора на расплавах солей, содержащая:

- трубчатый цилиндрический центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов, обеспечивающий прохождение жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, причем центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов имеет стенку из металлического сплава, предпочтительно циркониевого сплава или из керамического композиционного материала,

- цилиндрическую рубашку для топливной соли, окружающую центральный корпус для замедлителя, причем рубашка для топливной соли проходит в осевом направлении от входа для топливной соли до выхода для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли, причем рубашка для топливной соли имеет стенки из керамического композиционного материала или из металлического сплава, предпочтительно циркониевого сплава, и цилиндрическую рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов, окружающую рубашку для топливной соли, причем рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов проходит в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, причем рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов имеет стенки из металлического сплава, предпочтительно циркониевого сплава или из керамического композиционного материала.

За счет выбора материалов для корпусов в четвертом аспекте гарантировано относительно низкое поглощение нейтронов корпусами, но при этом обеспечена хорошая стойкость по отношению к расплавам солей и жидкостям замедлителя.

В одном из возможных вариантов реализации четвертого аспекта активная зона ядерного реактора содержит первую цилиндрическую изоляционную рубашку между центральным корпусом для замедлителя и рубашкой для солевого топлива, причем первая изоляционная рубашка содержит графитовый войлок или графитовый войлок, пропитанный изоляционным аэрогелем, или другой материал теплостойкой изоляции, такого как изоляция из керамического волокна.

В одном из возможных вариантов реализации четвертого аспекта, активная зона ядерного реактора содержит вторую цилиндрическую изоляционную рубашку между рубашкой для топливной соли и рубашкой для замедлителя и отражателя нейтронов, причем вторая изоляционная рубашка содержит графитовый войлок или графитовый войлок, пропитанный изоляционным аэрогелем.

В одном из возможных вариантов реализации четвертого аспекта, жидким замедлителем и отражателем нейтронов является тяжелая вода или расплав гидроксида, предпочтительно расплав соли дейтероксида лития, обогащенного по литию-7 (7LiOD).

В одном из возможных вариантов реализации четвертого аспекта, управляющий стержень содержит поглощающий нейтроны материал, предпочтительно бор или гафний.

В одном из возможных вариантов реализации четвертого аспекта, топливная соль содержит делящиеся компоненты, предпочтительно, содержащие соль фторида лития, обогащенного по литию-7, тетрафторида тория, тетрафторида урана, трифторида урана и/или трифторида плутония 7LiF - ThF4 - UF4 - UF3 - PuF3.

В одном из возможных вариантов реализации четвертого аспекта, бланкетная соль представляет собой расплав соли, содержащей воспроизводящие компоненты, предпочтительно, содержащей соль фторида лития, обогащенного по литию-7 и/или тетрафторида тория (7LiF - ThF4).

В соответствии с пятым аспектом обеспечен ядерный реактор на расплавах солей, включающий активную зону ядерного реактора в соответствии с четвертым аспектом или любые возможные варианты реализации четвертого аспекта.

В соответствии с шестым аспектом обеспечен способ эксплуатации активной зоны ядерного реактора для ядерного реактора на расплавах солей, содержащей:

- трубчатый цилиндрический центральный корпус для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения первого жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в осевом направлении, проходящий от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов,

- цилиндрическую рубашку для топливной соли, окружающую центральный корпус для замедлителя, причем рубашка для топливной соли проходит в осевом направлении от входа для топливной соли цилиндрической рубашки для топливной соли до выхода цилиндрической рубашки для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли, и

- цилиндрическую рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов, окружающую рубашку для топливной соли, причем рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов проходит в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов цилиндрической рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для замедлителя и отражателя нейтронов цилиндрической рубашки для замедлителя и рубашки отражателя нейтронов для обеспечения прохождения второго жидкого замедлителя и отражателя нейтронов,

причем первый и второй жидкий замедлитель и отражатель нейтронов является гидроксидным замедлителем,

отличающийся тем, что данный способ содержит следующее:

- управляют температурой топливной соли в рубашке для топливной соли, поддерживая температуру между приблизительно 600°С и 700°С,

- управляют температурой первого жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе для замедлителя и отражателя нейтронов, поддерживая температуру между приблизительно 10°С и 90°С, и

- управляют температурой второго жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке для замедлителя и отражателя нейтронов, поддерживая температуру между приблизительно 10°С и 90°С.

Достижение вышеуказанных и других целей обеспечивается аспектами настоящего изобретения. Дополнительные возможные варианты реализации очевидны, например, из описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

В следующей подробной части раскрытия настоящего изобретения аспекты, варианты осуществления и реализации будут объяснены более подробно со ссылкой на примерные варианты осуществления, показанные на чертежах, на которых:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение реактора на расплавах солей с активной зоной ядерного реактора согласно одному из вариантов осуществления;

на фиг. 2 представлен вид сбоку активной зоны ядерного реактора согласно одному из вариантов осуществления;

на фиг. 3 показан вид в разрезе активной зоны ядерного реактора по фиг. 2, включающий в себя увеличенный фрагмент;

на фиг. 4 показан вид в поперечном сечении активной зоны ядерного реактора по фиг. 2, включающий себя увеличенный фрагмент;

на фиг. 5 показан вид сбоку с пространственным разделением деталей части активной зоны ядерного реактора по фиг. 2, и

на фиг. 6 показан вид сбоку с пространственным разделением деталей части активной зоны ядерного реактора по фиг. 2, вместе с остальными неотделенными частями активной зоны ядерного реактора;

на фиг. 7 показан вид сбоку активной зоны ядерного реактора в соответствии с другим вариантом осуществления;

на фиг. 8 показан вид в поперечном сечении активной зоны ядерного реактора по фиг. 7;

на фиг. 9 показан вид в разрезе активной зоны ядерного реактора по фиг. 2;

на фиг. 10 показан отдельный вид сбоку рубашки для топливной соли активной зоны ядерного реактора по фиг. 2;

на фиг. 11 показан отдельный вид сбоку корпуса рубашки для топливной соли по фиг. 10, и

на фиг. 12 показан вид сбоку с вырезом другого варианта активной зоны ядерного реактора.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлен вариант осуществления ядерного реактора 100 на расплавах солей с использованием варианта осуществления активной зоны 1 ядерного реактора. В ядерном реакторе 100 на расплавах солей используется множество проточных машин 2 (насосов) для обеспечения циркуляции расплава топливной соли. Каждая проточная машина 2 соединена с теплообменником 3 через контур 4 топливной соли, контур 5 теплоносителя реактора и контур 6 вторичного теплоносителя для теплообмена с активной зоной 1 ядерного реактора. Контур 4 топливной соли обеспечивает топливную соль для приведения в действие и управления ядерной реакцией. Далее теплообменники 3 подают теплоноситель реактора и вторичные теплоносители через контур 4 топливной соли и контур 5 теплоносителя реактора, а также контур 6 вторичного теплоносителя. Для обеспечения циркуляции и управления потоком расплава соли используются проточные машины 1 (насосы).

На фиг. 2-6 показан вариант осуществления активной зоны 1 ядерного реактора с входной и/или выходной областью 7 на верхнем конце и входной и/или выходной областью 8 на нижнем конце.

Активная зона 1 ядерного реактора имеет ось X и проходит вдоль оси X между входной и/или выходной областью 7 и входной и/или выходной областью 8.

В показанном варианте осуществления активная зона 1 ядерного реактора является, по существу, цилиндрической, а ее часть является, по существу, сферической. Активная зона 1 ядерного реактора имеет цилиндрическую и концентрическую конструкцию. Вдоль оси X проходит трубчатый центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов. В настоящем варианте осуществления трубчатый центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, по существу, имеют цилиндрическую форму. Трубчатый центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов обеспечивает проход жидкого замедлителя и отражателя 11 нейтронов между входом 12 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов и выходом 13 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов. Жидким замедлителем и отражателем нейтронов может быть тяжелая вода или расплав гидроксида, такой как соль дейтероксид лития, обогащенного по литию-7(7LiOD) или гидроксид натрия, или гидроксид калия, или их смеси.

Центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов имеет максимальную площадь внутреннего поперечного сечения посередине между входом 12 для жидкого замедлителя и выходом 13 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов. Внутренняя площадь поперечного сечения центрального корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, предпочтительно, постепенно увеличивается по направлению к срединному положению между входом 12 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов и выходом 13 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов; внутренняя площадь поперечного сечения центрального корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, предпочтительно, непрерывно изменяется между входом 12 для замедлителя и отражателя нейтронов и выходом 13 для замедлителя и отражателя нейтронов. Таким образом, в цилиндрическом варианте осуществления центральный корпус 10 для замедлителя и отражатель нейтронов имеет переменный внутренний радиус. Внутренний радиус изменяется таким образом, чтобы добиться полусферической формы цилиндрического центрального корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов. Центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов имеет переменный внутренний и внешний радиусы R11 и R12, причем внутренний и внешний радиусы R11 и R12, предпочтительно, максимальны в среднем положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения. В процессе работы активной зоны 1 ядерного реактора, центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов по меньшей мере частично или полностью заполнен жидким замедлителем или отражателем 11 нейтронов, при этом происходит обмен жидкого замедлителя и отражателя 11 нейтронов с регулируемой скоростью за счет протекания через корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов.

В одном из вариантов осуществления цилиндрический центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов представляет собой стенку из металлического сплава, предпочтительно из железного сплава (когда замедлителем и поглощающей нейтроны жидкостью является тяжелая вода), предпочтительно из нержавеющей стали, а наиболее предпочтительно из циркониевого сплава или керамического композиционный материала. Керамический композиционный материал в одном из вариантов осуществления представляет собой композит с керамической матрицей. Композит с керамической матрицей содержит керамические волокна, встроенные в керамическую матрицу. Волокна и матрица могут состоять из любого керамического материала, при этом углерод и углеродные волокна также можно рассматривать как керамический материал. Керамический композиционный материал в одном из вариантов осуществления представляет собой композит из карбида кремния и углерода, например, композит углеродное волокно - углеродная матрица (С/С), композит карбидокремниевое волокно - карбидокремниевая матрица (SiC/SiC) и/или композит карбидокремниевое волокно - углеродная матрица (SiC/C).

Цилиндрическая рубашка для топливной соли проходит вдоль оси X между входной и выходной зонами 7, 8 и окружает центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов. Рубашка для топливной соли образована путем сборки множества трубчатых корпусов 20 для топливной соли. Каждый трубчатый корпус 20 для топливной соли проходит в осевом направлении от входа 22 для топливной соли до выхода 23 для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли 21. Каждый корпус 20 для топливной соли в рубашке для топливной соли, по существу, идентичен другим корпусам 20 рубашки для топливной соли. При эксплуатации активной зоны 1 ядерного реактора рубашка 20 для топливной соли по меньшей мере частично или полностью заполнена топливной солью 21, при этом происходит обмен топливной соли 21 с регулируемой скоростью за счет протекания через корпуса 20 для топливной соли.

Между центральным корпусом 10 для замедлителя и рубашкой для топливной соли обеспечена первая цилиндрическая изоляционная рубашка. Первая изоляционная рубашка образована одним или более первыми изоляционными элементами 15. Как показано, первые изоляционные элементы 15 могут быть выполненными в виде секторов первой цилиндрической изоляционной рубашки.

Альтернативно, первые изоляционные элементы 15 могут иметь вид полосы, спирально обмотанной вокруг центрального корпуса 10 для замедлителя. В одном из вариантов осуществления, первые изоляционные элементы 15 выполнены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем. Первая изоляционная рубашка 15 обеспечивает значительно меньшие потери тепла для жидкости 11 замедлителя и отражателя нейтронов, а также служит для того, чтобы жидкость 11 замедлителя и отражателя нейтронов постоянно поддерживалась работающей при гораздо более низкой температуре, чем топливная соль.

Цилиндрическая рубашка для топливной соли имеет форму, соответствующую форме цилиндрического центрального корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов (с первой изоляционной рубашкой между ними), т.е. комплементарна им. Следовательно, внутренний радиус рубашки для топливной соли изменяется аналогично внешнему радиусу цилиндрического центрального корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, чтобы первая изоляционная рубашка 15 помещалась между ними.

Рубашка для топливной соли имеет форму полого кругового цилиндра с переменным внутренним и внешним радиусами R21 и R22. Корпуса 20 для топливной соли, предпочтительно, имеют вид кругового цилиндрического сектора с переменным внутренним и внешним радиусами R21 и R22, соответственно, и заданным секторным углом А2, причем внутренний и внешний радиусы R21 и R22 предпочтительно являются максимальными в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения. В настоящем варианте осуществления секторный угол одинаков для всех элементов активной зоны 1 ядерного реактора и, следовательно, секторный угол обозначен на фиг. 4 как «Ап». Однако следует понимать, что секторный угол «Ап» не обязательно должен быть одинаковым для различных рубашек и даже для различных корпусов, составляющих единую рубашку.

Рубашка для топливной соли представляет собой, по существу, непрерывную по окружности рубашку, образованную сопрягающимися сторонами трубчатых корпусов 20 для топливной соли, соприкасающимися друг с другом на значительной части их осевой протяженности.

Цилиндрическая рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов окружает цилиндрическую рубашку для топливной соли. Цилиндрическая рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов образована путем сборки множества трубчатых корпусов 30 для замедлителя и отражателя нейтронов. Каждый трубчатый корпус 30 для замедлителя и отражателя нейтронов проходит в осевом направлении от входа 32 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода 33 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя 31 нейтронов. Элементы, образующие трубчатый корпус 30 для замедлителя и отражателя нейтронов, имеют стенки из керамического композиционного материала или металлического сплава, предпочтительно из циркониевого сплава. В одном из вариантов осуществления керамический композиционный материал представляет собой композит с керамической матрицей. Композит с керамической матрицей содержит керамические волокна, встроенные в керамическую матрицу. И волокна, и матрица могут состоять из любого керамического материала, при этом углерод и углеродные волокна также могут рассматриваться как керамический материал. Керамический композиционный материал в одном из вариантов осуществления представляет собой композит из карбида кремния и углерода, например, композит углеродное волокно - углеродная матрица (С/С), композит карбидокремниевое волокно - карбидокремниевая матрица (SiC/SiC) и/или композит карбидокремниевое волокно - углеродная матрица (SiC/C). В одном из вариантов осуществления каждый корпус 30 для замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке 30 для замедлителя и отражателя нейтронов, по существу, идентичен другим корпусам 30 для замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке для топливной соли.

Рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов выполнена в виде полого кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R31 и R32. Корпуса 30 для замедлителя и отражателя нейтронов имеют вид кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R31 и R32, соответственно, и заданным секторным углом A3. Внутренний и внешний радиусы R31 и R32 максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

При эксплуатации активной зоны 1 ядерного реактора рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов по меньшей мере частично или полностью заполнена жидким замедлителем и отражателем 31 нейтронов, при этом происходит обмен жидкого замедлителя и отражатель 31 нейтронов с регулируемой скоростью за счет протекания через корпус 30 для замедлителя и отражателя нейтронов.

Между рубашкой для топливной соли и рубашкой для замедлителя и поглощения нейтронов обеспечена вторая цилиндрическая изоляционная рубашка. Вторая изоляционная рубашка образована одним или более вторыми изоляционными элементами 25. Как показано, вторые изоляционные элементы 25 могут быть выполнены в виде секторов второй цилиндрической изоляционной рубашки. Альтернативно, второй изоляционный элемент 25 может быть выполнен в виде полосы, которая спирально обмотана вокруг рубашки для топливной соли. В одном из вариантов осуществления вторые изоляционные элементы 25 изготовлены из графитового войлока или графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем. Вторая изоляционная рубашка обеспечивает значительно меньшие потери тепла для жидкости 31 замедлителя и отражателя нейтронов, а также для того, чтобы жидкость 31 замедлителя и отражателя нейтронов постоянно поддерживалась работающей при гораздо более низкой температуре, чем топливная соль 21.

Опциональная рубашка для бланкетной соли окружает рубашку для замедлителя и поглощения нейтронов, предпочтительно с третьей изоляционной рубашкой между ними. Рубашка для бланкетной соли содержит множество трубчатых корпусов 40 для бланкетной соли, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа 42 до выхода 43 для прохода или может быть выполнен без входа и выхода для бланкетной соли, стационарно удерживая расплав бланкетной соли 41. Множество трубчатых корпусов 40 для бланкетной соли собраны в цилиндрическую рубашку для бланкетной соли, окружающую рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов.

Рубашка для бланкетной соли имеет форму полого кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R41 и R42. Корпуса 40 для бланкетной соли имеют вид кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R41 и R42, соответственно, и заданным секторным углом А4. Внутренний и внешний радиусы R41 и R42 максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения. Рубашка для бланкетной соли может быть выполнена без входов и выходов для бланкетной соли, при этом бланкетная соль 41 не обменивается непрерывно и может либо поддерживаться в расплавленном состоянии около ее температуры плавления, чтобы предотвратить радиолиз бланкетной соли, либо быть замороженной.

Между корпусом для отражателя нейтронов и рубашкой для бланкетной соли обеспечена третья цилиндрическая изоляционная рубашка. Третья изоляционная рубашка предпочтительно состоит из одного или более третьих изоляционных элементов 35. Третий изоляционный элемент 35 может быть выполнены в виде секторов третьей цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов. Третий изоляционный элемент 35, предпочтительно, изготовлен из графитового войлока или изоляционного графитового войлока, пропитанного аэрогелем.

В одном из вариантов осуществления (не показан) изоляционные листы покрыты, например, листовым металлом толщиной от 0,01 до 0,1 мм, чтобы устранить или по меньшей мере уменьшить риск проникновения соли в изоляцию в случае разрушения корпуса. В изоляционных листах будет трудно отводить тепло распада, что может привести к закипанию соли и возможному повышению давления, т.е. к крайне нежелательной ситуации.

Корпуса 20 для топливной соли, корпуса 30 для замедлителя и отражателя нейтронов и/или корпуса 40 для бланкетной соли в одном из вариантов осуществления собраны из двух частей, разделенных плоскостью М симметрии, проходящей радиально от срединного положения (радиально относительно оси А). Входной и выходной участки этих корпусов 20, 30 и 40, как показано, могут изгибаться радиально наружу и быть снабжены фланцем или чем-либо подобным для соединения с трубопроводом. Однако следует понимать, что входной и выходной участки также могут проходить в осевом направлении и не нуждаются в оснащении фланцем для соединения с трубопроводом, поскольку в данной области техники известны другие решения для соединения корпусов 20, 30 и 40 с трубопроводами, в одном из вариантов осуществления вход и выход 12, 13 корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов оснащены фланцем для подключения к насосу, но подразумевается, что вход и выход 12, 13 могут быть выполнены без фланца и соединены с трубопроводом другим видом сборки.

Корпуса 20, 30 и 40 и, возможно, их входные и выходные участки удерживаются вместе конструкцией, которая не показана на чертежах из соображений простоты. Подразумевается, что такие опорные конструкции хорошо известны в данной области техники.

Разработка активной зоны 1 ядерного реактора является попыткой получить активную зону ядерного реактора, которая была бы настолько сферической, насколько это возможно, но при этом могла бы быть создана из материалов, способных выдерживать жесткие условия в активной зоне 1 ядерного реактора, обеспечивая при этом достаточную скорость циркуляции топливной соли топлива для отбора производимого тепла. В результате была разработана конструкция, которая является как цилиндрической, так и сферической, а также как многослойной, так и сегментированной, т.е. напоминающей гибрид многослойной конструкции луковичной формы и сегментированной конструкции в форме цитрусовых.

Традиционная керамика является относительно хрупкой, имеет относительно низкую термостойкость и относительно низкую трещиностойкость (вязкость разрушения). Керамические композиционные материалы или композиционные материалы с керамической матрицей изготавливаются из материала с коротким, непрерывным или переплетенным керамическим волокном, обычно встроенным в керамическую матрицу, что обеспечивает упрочнение матричной керамики. Керамические композиты вытесняют традиционную керамику или по меньшей мере уменьшают ее недостатки.

Волокна и матрица изготавливаются из разнообразных керамических материалов и с помощью различных процессов, что приводит к различиям в механических свойствах, таких как прочность и пористость, а также содержании примесей. Наиболее распространенные коммерчески доступные керамические композиционные материалы изготавливаются из углеродных и/или карбидокремниевых волокон и из углеродной или карбидокремниевой матрицы, сокращенно обозначаемых (С/С), (C/SiC), (SiC/C) и (SiC/SiC). Как встречающийся в природе углерод, в основном содержащий изотоп углерод-12, так и кремний, содержащий в основном изотоп кремний-28, имеют низкую вероятность захвата нейтронов в энергетическом спектре тепловых нейтронов. Кроме того, как углерод, так и карбид кремния обладают хорошей коррозионной стойкостью к расплавам солей, используемым в реакторе на расплавах солей, т.е. оба устойчивы к коррозии расплавами солей и имеют низкое поглощение нейтронов в тепловом спектре. Однако, оба они слишком хрупкие, чтобы их можно было использовать в качестве конструкционного материала для корпусов и рубашек в активной зоне ядерного реактора на расплавах солей. Тем не менее, их керамические композиты являются интересными кандидатами для использования в качестве конструкционного материала в реакторах на расплавах солей из-за относительно высокой вязкости разрушения и высокой термостойкости в сочетании с низким поглощением нейтронов в тепловом спектре и исключительной устойчивостью к радиационным повреждениям.

Изготовление корпусов (корпусов 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или корпусов 30 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или корпусов 20 для топливной соли, и/или корпусов 40 для бланкетной соли) из керамических композитов включает в себя укладку и фиксацию, когда керамическое волокно или пропитанные смолой керамические волокна наматывают или помещают в форму/сердечник или вокруг них, придают детали геометрическую форму готовой детали из керамических композитов, затем волокна пропитывают полимером, после чего деталь отверждают. После отверждения деталь извлекают из формы (освобождают от формы/литейного стержня) и подвергают полимер пиролизу в печи при высоких температурах, обычно выше 800°С в инертной атмосфере для получения матричного композита (в одном из вариантов осуществления форма/литейный стержень представляет собой одноразовую форму/литейный стержень, которую сжигают, расплавляют, измельчают или разрушают после первого использования. Это оставляет деталь пористой, и деталь повторно пропитывают (пропитка смолой), и повторяют этап пиролиза до тех пор, пока не будет достигнута требуемая пористость.

Можно использовать несколько незначительных вариаций раскрытого выше процесса, однако все эти процессы зависят от первого этапа формирования волокон и полимера в форме и/или на литейном стержне. Это ограничивает геометрию рубашек, корпусов и других деталей, которые можно изготовить, поскольку рубашки, корпуса и другие части активной зоны 1 ядерного реактора должны иметь возможность освобождения от формы или фиксатора (литейного стержня) с корпусом в его окончательном виде, что позволяет проводить некоторую промежуточную и/или окончательную механическую обработку в соответствии с допусками. Этот процесс не позволяет получать сложные геометрические формы по сравнению с традиционным производством металлоизделий, таким как литье, обработка (например, ковка, прокатка, экструзия, штамповка, вдавливание, растяжение, глубокая вытяжка, штамповка и гибка) и механическая обработка (например, токарная обработка, сверление, растачивание, фрезерование и резка), но более технически сложен по сравнению с традиционной обработкой металлических деталей. Тем не менее, раскрытые изготовление и геометрия существующей активной зоны ядерного реактора позволяет изготавливать каждый (каждую) из корпусов и рубашек коммерчески доступными способами изготовления деталей из композиционного керамического материала.

В одном из вариантов осуществления (не показан на чертежах) центральный корпус 10 для замедлителя является сегментированным и образован множеством трубчатых корпусов для замедлителя, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа для замедлителя до выхода для замедлителя, обеспечивая прохождения замедлителя, причем множество трубчатых корпусов для замедлителя собрана для формирования центрального корпуса 10 для замедлителя. В разновидности этого варианта осуществления центральный корпус 10 для замедлителя имеет окружную внешнюю стенку и окружную внутреннюю стенку, причем окружная внутренняя стенка образует просвет для приема управляющего стержня. Управляющий стержень изготовлен из нейтронно-поглощающего материала, такого как бор или гафний.

В одном из вариантов осуществления (не показан на чертежах) рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов окружает вторая рубашка для топливной соли, а вторую рубашку для топливной соли окружает вторая рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов. В этом варианте осуществления вторую рубашку для отражателя нейтронов окружает, при наличии, рубашка для бланкетной соли. В этом варианте осуществления вторая рубашка для топливной соли образована множеством трубчатых корпусов для топливной соли, причем каждый трубчатый корпус для топливной соли проходит в осевом направлении от входа для топливной соли до выхода для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли 21, причем множество трубчатых корпусов собрано во вторую цилиндрическую рубашку для топливной соли, окружающую рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов. Вторая рубашка для отражателя нейтронов образована множеством трубчатых корпусов для замедлителя и отражателя нейтронов. Каждый трубчатый корпус для замедлителя и отражателя нейтронов, проходит в осевом направлении от входа для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов до выхода для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя нейтронов.

В одном из вариантов осуществления (не показан) активная зона 1 ядерного реактора снабжена подвижными элементами управления, поглощающими нейтроны, между корпусами рубашек, предпочтительно между корпусами, составляющими рубашку для топливной соли, и/или между корпусами, образующими рубашку, которая окружает рубашку для топливной соли или окружена рубашкой для топливной соли. Элементы управления, поглощающие нейтроны, подобны управляющим стержням, за исключением того, что элементы управления, поглощающие нейтроны, имеют не форму стержня, а форму пластины или клина, чтобы сопрягаться с соседними корпусами в соответствующей рубашке, и выполнены таким образом, чтобы их можно было вставлять в активную зону 1 ядерного реактора и извлекать из нее для управления ядерной реактивностью активной зоны ядерного реактора.

В одном из вариантов осуществления реактивностью ядерной цепной реакции активной зоны 1 ядерного реактора управляют, регулируя температуру топливной соли в рубашке для топливной соли, чтобы поддерживать ее температуру между приблизительно 600°С - 700°С, и управляя жидкостью замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, чтобы поддерживать ее температуру между приблизительно 10°С и 90°С. Температуру жидкости 21 замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке 20 для замедлителя и отражателя нейтронов также предпочтительно поддерживать между приблизительно 10°С и 90°С.

Способ управления реактивностью ядерной цепной реакции и температурным режимом активной зоны 1 ядерного реактора может дополнительно содержать следующее:

- регулируют уровень жидкости или массу жидкого замедлителя и отражателя 11 нейтронов в центральном корпусе 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют уровень жидкости или массу жидкого замедлителя и отражателя 31 нейтронов в рубашке 30 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют уровень жидкости или массу расплава бланкетной соли 41 в рубашке 40 для бланкетной соли, и/или

- регулируют температуру топливной соли 21 через рубашку 20 для топливной соли, и/или

- регулируют температуру жидкого замедлителя и отражателя 11 нейтронов в центральном корпусе 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют температуру замедлителя жидкого замедлителя и отражателя 31 нейтронов в центральной рубашке 30 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют химический состав топливной соли 21, и/или

- регулируют химический состав жидкого замедлителя и отражателя 11, 31 нейтронов, и/или

- регулируют положение управляющего стержня, по меньшей мере частично вставленного в просвет в центральном корпусе 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, и/или

- регулируют положение управляющего стержня, по меньшей мере частично вставленного между корпусами 20 для топливной соли, и/или

- регулируют положение управляющего стержня, по меньшей мере частично вставленного между корпусами 30 для замедлителя и поглощения нейтронов.

Повышение уровня жидкости или массы жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе 10 для замедлителя и отражателя нейтронов увеличивает реактивность ядерной цепной реакции за счет обеспечения большего замедления и/или отражения, и наоборот.

Повышение уровня жидкости или массы жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке 30 для замедлителя и отражателя нейтронов увеличивает реактивность ядерной цепной реакции за счет обеспечения большего замедления и/или отражения и/или меньшей утечки нейтронов, и наоборот.

Повышение уровня жидкости или массы расплава бланкетной соли 41 в рубашке 40 для бланкетной соли, при ее наличии, увеличивает реактивность ядерной цепной реакции за счет обеспечения большего отражения и/или меньшей утечки нейтронов, и наоборот. Жидкости не всегда могут иметь совершенно плоскую поверхность для определения количества жидкости в соответствующем корпусе, так как расход может быть довольно высоким, поэтому поверхность может иметь волны, пузырьки и быть пенистой/пенящейся. Кроме того, если жидкий замедлитель втекает или впрыскивается в соответствующий корпус, в замедлении будут играть роль струя или капли жидкого замедлителя. Таким образом, в одном из вариантов осуществления регулируют именно масса жидкости в соответствующем корпусе.

Повышение температуры топливной соли в рубашке 20 для топливной соли снижает реактивность ядерной цепной реакции за счет обеспечения более низкой средней плотности в активной зоне ядерного реактора и, следовательно, присутствия меньшего количества делящегося топлива, и наоборот.

Повышение температуры жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в центральном корпусе 10 для замедлителя и отражателя нейтронов снижает реактивность ядерной цепной реакции за счет обеспечения меньшей средней плотности в активной зоне ядерного реактора и, следовательно, большего замедления и/или отражения, и наоборот. Повышение температуры жидкого замедлителя и отражателя нейтронов в рубашке для замедлителя и отражателя нейтронов снижает реактивность ядерной цепной реакции за счет обеспечения более низкой средней плотности в активной зоне ядерного реактора и, следовательно, большего замедления и/или отражения и/или большей утечки нейтронов, и наоборот.

Добавление делящегося материала к топливной соли 21 повышает реактивность ядерной цепной реакции, и наоборот.

Добавление воспроизводящего материала, например, тория, или поглощающего нейтроны материала к топливной соли 21 снижает реактивность ядерной цепной реакции, и наоборот.

Добавление воспроизводящего материала, например, тория или поглощающего нейтроны материала, в жидкость 11, 31 замедлителя и отражателя 11, 31 уменьшает реактивность ядерной цепной реакции, и наоборот.

Температура соответствующей жидкости 11, 31 замедлителя или топливной соли 21 изменяется, например, за счет:

- повышения расхода, приводящего к меньшему перепаду температур в активной зоне 1 ядерного реактора и, следовательно, к более высокой или более низкой плотности, и/или

- регулирования скорости охлаждения жидкостей 11, 31 замедлителя или топливной соли 21 вне активной зоны 1 ядерного реактора, что приводит к смещению средней температуры над активной зоной 1 ядерного реактора и, следовательно, к повышению или понижению плотности.

Уровень жидкости или масса соответствующей жидкости 11, 31 замедлителя или топливной соли 21 или расплава бланкетной соли 41 изменяется, например, путем регулирования скорости, с которой жидкость перекачивается сверху в соответствующем корпусе или рубашке, и скорости, с которой жидкость пассивно высыхает снизу.

В одном из вариантов осуществления (не показан) предусмотрен контроллер, например, электронный блок управления, связанный с элементами ядерного реактора 100 на расплавах солей и выполненный с возможностью управления реактивностью активной зоны 1 ядерного реактора в соответствии с вышеописанными процедурами.

Приведенные выше варианты осуществления были раскрыты применительно к активной зоне реактора, в которой контур поперечного сечения центрального корпуса 10 для замедлителя и отражателя нейтронов, рубашки для топливной соли, рубашки для отражателя нейтронов и, если таковая имеется, также рубашки 41 для бланкетной соли является близким к идеально круговому.

На фиг. 7-11 показан другой вариант осуществления активной зоны 1 ядерного реактора. В этом варианте осуществления конструкции и признаки, которые аналогичны или подобны соответствующим конструкциям и признакам, ранее описанным или проиллюстрированным в настоящем документе, для простоты обозначены тем же ссылочным номером, который использовался ранее. В этом варианте осуществления контур поперечного сечения центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов, рубашки для топливной соли и рубашки для отражателя нейтронов, а также, если таковая имеется, рубашки для бланкетной соли имеет вид многоугольника. Контур поперечного сечения в виде многоугольника предпочтительно имеет по меньшей мере три стороны, так что контур приближается к круговому контуру, т.е. контур приближается к круговому контуру, а результирующие корпус и рубашки имеют, по существу, цилиндрическую форму с соответствующим эффективным радиусом. Показанный вариант осуществления имеет восемь сторон, так что он подобен восьмиугольнику, но следует понимать, что может быть использовано любое количество сторон выше четырех. В этом варианте осуществления первая, вторая и третья изоляционные рубашки 15, 25, 35 не показаны на чертежах, но подразумевается, что эти изоляционные рубашки 15, 25, 35 могут быть включены в этот вариант осуществления.

Центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов имеет переменные внутренний и внешний эффективные радиусы R11' и R12'. Внутренний и внешний эффективные радиусы R11' и R12', предпочтительно, максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения. В этом варианте осуществления эффективным радиусом является радиус окружности, который наилучшим образом аппроксимирует многоугольный контур поперечного сечения соответствующего элемента.

Рубашка для топливной соли имеет форму полого кругового цилиндра с переменными эффективными внутренним и внешним радиусами R21' и R22'. Корпуса 20 для топливной соли, предпочтительно, имеют вид, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными эффективными внутренним и внешним радиусами R21' и R22', соответственно, и с заданным секторным углом А2, причем внутренний и внешний эффективные радиусы R21' и R22', предпочтительно, являются максимальными в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

Рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов выполнена в виде полого, по существу, кругового цилиндра с переменными эффективными внутренним и внешним радиусами R31' и R32'. Корпуса 30 для замедлителя и отражателя нейтронов имеют вид кругового цилиндрического сектора с переменными эффективными внутренним и внешним радиусами R31' и R32', соответственно, и секторным углом A3. Эффективные внутренний и внешний радиусы R31' и R32' максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

Рубашка для бланкетной соли имеет форму полого, по существу, кругового цилиндра с переменными эффективными внутренним и внешним радиусами R41' и R42'. Корпуса 40 для бланкетной соли имеют вид кругового цилиндрического сектора с переменными эффективными внутренним и внешним радиусами R41' и R42', соответственно, и с заданным секторным углом А4. Эффективные внутренний и внешний радиусы R41' и R42' максимальны в срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от срединного положения.

При использовании корпусов и бланкетной соли, имеющих контур поперечного сечения в виде многоугольника, листовой материал, образующий поверхности этих элементов, не нуждается в двойной кривизне, т.е. может быть одинарно изогнутым, что является преимуществом для элементов, изготавливаемых из листового металла, так как гораздо проще и эффективнее сгибать листовой металл только в одном направлении по сравнению с гибкой в двух направлениях для изготовления дважды изогнутого листового металла. Одинарно изогнутый листовой металл можно получить очень просто, например, путем гибки с помощью валков, в то время как изделия из листового металла с двойной кривизной обычно требуют специальной пресс-формы, что значительно увеличивает производственные возможности. Элементы, изготовленные из листового металла, изготавливаются путем сборки множества изогнутых изделий из листового металла путем сварки изделий из листового металла вдоль шва. Предпочтительно, чтобы такой листовой металл был относительно тонким, например, от 1 до 2 мм.

На фиг. 9 показана рубашка для топливной соли, собранная из множества трубчатых корпусов 20. Каждый трубчатый корпус 20 для топливной соли (подробно показан на фиг. 10) образован множеством элементов из листового металла, которые соединены сварными швами 51. В области 7 входа/выхода к рубашке для топливной соли приварена рубашка для топливной соли с, предпочтительно, по существу, прямоугольным выходным элементом 24. Выходной элемент 24 содержит выход 23 для топливной соли и соединяется с трубчатыми корпусами 20 рубашки для топливной соли. Выходной элемент 24 может быть изготовлен из того же материала, предпочтительно листового, что и материал, используемый для трубчатых корпусов 20 для топливной соли. В области 8 входа/выхода рубашка для топливной соли соединена с, по существу, прямоугольным входным элементом 26, который приварен к рубашке для топливной соли. Входной элемент 26 содержит вход 22 для топливной соли и соединен с трубчатыми корпусами 20 рубашки для топливной соли. Входной элемент 26 может быть изготовлен из того же материала, предпочтительно листового, что и материал, используемый для трубчатых корпусов 20 для топливной соли.

Вернемся к фиг. 8, где трубчатый, по существу, цилиндрический центральный корпус 10 для замедлителя и отражателя нейтронов в области 7 входа/выхода снабжен, по существу, прямоугольным входным элементом 17, который содержит вход 12 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, а в области 8 входа/выхода снабжен, по существу, прямоугольным выходным элементом 18, который содержит выход 13 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов.

Рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов снабжена в области 7 входа/выхода, по существу, прямоугольным входным элементом, содержащим вход 32 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, а в области 8 входа/выхода снабжена, по существу, прямоугольным входным элементом, содержащим выход 33 для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов.

Рубашка для бланкетной соли снабжена в области 7 входа/выхода, по существу, прямоугольным выходным элементом, содержащим выход 43 для бланкетной соли, а в области 8 входа/выхода - по существу, прямоугольным входным элементом, содержащим вход 42 для бланкетной соли.

На фиг. 12 представлен открытый вид в разрезе другого варианта активной зоны ядерного реактора. В этом варианте осуществления конструкции и признаки, которые аналогичны или подобны соответствующим конструкциям и признакам, ранее раскрытым или показанным в настоящем документе, для простоты обозначены тем же ссылочным номером, который использовался ранее, при этом вариант осуществления по фиг. 12, по существу, идентичен варианту осуществления по фиг. 7-11, за исключением того, что корпуса и рубашки не изменяются по диаметру/площади поперечного сечения на всей их осевой протяженности. Напротив, участки их осевой протяженности, расположенные ближе к областям 7 и 8 входа/выхода, имеют постоянное поперечное сечение.

В одном из вариантов осуществления (не показан) корпуса, изготовленные из композита или металла, имеют дополнительную жесткость для повышения механических свойств. Жесткость может быть получена за счет внутренних распорок или ребер, внутренней или внешней конструкцией наподобие «изорешетки» или «орторешетки». Корпуса рубашки в одном из вариантов осуществления скреплены посредством сварки, защелок или лент, например, проходящих вокруг сегментов наподобие колец (обручей) вокруг бочки, скрепляющих бочарные доски, при этом корпуса рубашки скреплены таким же образом, как бочарные доски бочки.

В одном из вариантов осуществления (не показан) корпуса изготовлены из металла и окружены композитной клеткой, изготовленной для обеспечения механической поддержки и устойчивости металлического корпуса. В этом варианте осуществления поглощение нейтронов металлом может быть уменьшено за счет обеспечения некоторой или большей части механической целостности посредством композиционного материала с низким поглощением нейтронов.

В одном из вариантов осуществления, где в качестве жидкого замедлителя используется вода или тяжелая вода, для контроля рН вводится небольшая добавка 7LiOD или другого гидроксида или дейтероксида, как это обычно бывает во многих твердотопливных и тяжело замедляемых реакторах.

В одном из вариантов осуществления, где в качестве жидкого замедлителя используется вода или тяжелая вода, вводится большая добавка 7LiOD, или другого гидроксида, дейтероксида или другой соли, чтобы понизить температуру плавления жидкого замедлителя, чтобы обеспечить эксплуатацию при более низких температурах или больший запас по отверждению. Понижение температуры плавления повышает плотность жидкого замедлителя и, следовательно, замедляющую способность, но также смещает спектр нейтронов реактора в сторону более низких энергий, где коэффициент воспроизведения нейтронов может быть увеличен для некоторых делящихся топлив.

В одном из вариантов осуществления, где в качестве жидкого замедлителя используется вода или тяжелая вода, используют активный или пассивный рекомбинатор для повторной ассоциации какого-либо образования газов в результате радиолиза жидкого замедлителя.

В настоящем документе различные аспекты и реализации были раскрыты применительно к различным вариантам осуществления. Однако другие варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного предмета изобретения на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или шагов, а употребление единственного числа не исключает множественности. Сам по себе факт того, что определенные признаки упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих признаков не может быть успешно использована.

Ссылочные обозначения, используемые в формуле изобретения, не следует толковать как ограничивающие объем изобретения. Если не указано иное, чертежи (например, штриховка, расположение деталей, пропорции, угловая величина и т.д.) следует читать вместе с описанием и следует рассматривать как часть всего письменного раскрытия этого изобретения. Используемые при описании термины «горизонтальный», «вертикальный», «левый», «правый», «верх» и «низ», а также их адъективные и адвербиальные производные (например, «горизонтально», «вправо», «вверх» и т.д.) просто относятся к ориентации иллюстрируемой конструкции, когда конкретный чертеж обращен к читателю. Аналогично, термины «внутрь» и «наружу» обычно относятся к ориентации поверхности относительно ее продольной оси или оси вращения, в зависимости от ситуации.

Изобретение относится к активной зоне (1) ядерного реактора (100) на расплавах солей (100). Активная зона (1) ядерного реактора имеет трубчатый цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя, обеспечивающий прохождение жидкого замедлителя (11), цилиндрическую рубашку для топливной соли, окружающую центральный корпус (10) для замедлителя, и цилиндрическую рубашку для отражателя нейтронов, окружающую цилиндрическую рубашку для топливной соли, при этом цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов имеет максимальную площадь внутреннего поперечного сечения посередине между входом (12) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов и выходом (13) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов корпуса (10) для отражателя и замедлителя нейтронов. Техническим результатом является возможность создания компактной конструкции реактора, сводящей к минимуму утечку нейтронов. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Активная зона (1) ядерного реактора для ядерного реактора (100) на расплавах солей, содержащая:

- трубчатый, по существу, цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя (11) нейтронов, проходящий в осевом направлении от входа (12) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов до выхода (13) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов,

- множество трубчатых корпусов (20) для топливной соли, причем каждый трубчатый корпус (20) для топливной соли проходит в осевом направлении от входа (22) для топливной соли трубчатого корпуса (20) для топливной соли до выхода (23) для топливной соли трубчатого корпуса (20) для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли (21),

- множество трубчатых корпусов (30) для замедлителя и отражателя нейтронов, причем каждый трубчатый корпус (30) для замедлителя и отражателя нейтронов проходит в осевом направлении от входа (32) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов корпуса (30) для замедлителя и отражателя нейтронов до выхода (33) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов корпуса (30) для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения жидкого замедлителя и отражателя (31) нейтронов,

отличающаяся тем, что

указанное множество трубчатых корпусов (20) для топливной соли собраны с образованием, по существу, цилиндрической рубашки для топливной соли, окружающей указанный центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов,

указанное множество трубчатых корпусов (30) для замедлителя и отражателя нейтронов собраны с образованием, по существу, цилиндрической рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов, окружающей указанную, по существу, цилиндрическую рубашку для топливной соли, причем, по существу, цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов имеет максимальную площадь внутреннего поперечного сечения посередине между указанным входом (12) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов и указанным выходом для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов.

2. Активная зона (1) ядерного реактора по п. 1, в которой по меньшей мере на части осевой протяженности указанного центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов указанная площадь внутреннего поперечного сечения указанного центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов постепенно увеличивается по направлению к указанному срединному положению между указанным входом (12) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов и указанным выходом (13) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов, при этом указанная площадь внутреннего поперечного сечения, предпочтительно, непрерывно изменяется между указанным входом (12) для замедлителя и отражателя нейтронов и указанным выходом (13) для замедлителя и отражателя нейтронов по меньшей мере на указанной части осевой протяженности указанного центрального корпуса для замедлителя и отражателя нейтронов.

3. Активная зона (1) ядерного реактора по п. 1 или 2, в которой указанный, по существу, цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов и/или указанные корпуса (30) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов имеют стенку из металлического сплава, предпочтительно, из железного сплава, более предпочтительно, из нержавеющей стали, циркониевого сплава или из керамического композиционного материала, при этом указанные корпуса (20) для топливной соли, предпочтительно, имеют стенку из керамического композиционного материала, металлического сплава, железного сплава, предпочтительно, нержавеющей стали, или из никелевого сплава, предпочтительно, инконеля или хастеллоя.

4. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой каждый корпус (20) для топливной соли в указанной рубашке для топливной соли, по существу, идентичен другим корпусам (20) для топливной соли в указанной рубашке для топливной соли.

5. Активная зона ядерного реактора (1) по любому из предшествующих пунктов, в которой между указанным центральным корпусом (10) для замедлителя и отражателя нейтронов и указанной рубашкой для топливной соли предусмотрена первая, по существу, цилиндрическая изоляционная рубашка, причем указанная первая изоляционная рубашка, предпочтительно, образована одним или более первыми изоляционными элементами (15), предпочтительно, выполненными в виде секторов первой, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг указанного центрального корпуса (10) для замедлителя отражателя нейтронов, при этом указанные первые изоляционные элементы (15), предпочтительно, изготовлены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем.

6. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой между указанной рубашкой для топливной соли и указанной рубашкой для замедлителя и отражателя нейтронов предусмотрена вторая, по существу, цилиндрическая изоляционная рубашка, причем указанная вторая изоляционная рубашка, предпочтительно, образована одним или более вторыми изоляционными элементами (25), причем указанные вторые изоляционные элементы (25), предпочтительно, выполнены в виде секторов указанной второй, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг указанной рубашки для топливной соли, при этом указанные вторые изоляционные элементы (25), предпочтительно, изготовлены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем.

7. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, содержащая множество трубчатых корпусов (40) для бланкетной соли, причем каждый трубчатый корпус (40) для бланкетной соли, предпочтительно, проходит в осевом направлении от входа корпуса (40) для бланкетной соли до выхода корпуса (40) для бланкетной соли для обеспечения прохождения расплава бланкетной соли (41), причем указанное множество трубчатых корпусов (40) для бланкетной соли собраны в, по существу, цилиндрическую рубашку для бланкетной соли, окружающую указанную рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов.

8. Активная зона (1) ядерного реактора по п. 7, в которой между указанной рубашкой для замедлителя и отражателя нейтронов и указанной рубашкой для бланкетной соли предусмотрена третья, по существу, цилиндрическая изоляционная рубашка, причем указанная третья изоляционная рубашка, предпочтительно, образована одним или более третьими изоляционными элементами (35), причем указанные третьи изоляционные элементы (35), предпочтительно, выполнены в виде секторов третьей, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки или в виде полосы, спирально обмотанной вокруг указанной рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов, при этом указанные третьи изоляционные элементы (35), предпочтительно, изготовлены из графитового войлока или из графитового войлока, пропитанного изоляционным аэрогелем.

9. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из пп. 5-8, в которой указанный графитовый войлок или графитовый войлок, пропитанный изоляционным аэрогелем, первой, второй или третьей, по существу, цилиндрической изоляционной рубашки покрыт листовым металлом, предпочтительно, листовым металлом с толщиной приблизительно от 0,3 мм до 0,5 мм, для снижения риска впитывания соли.

10. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой каждый из указанного центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов, указанных корпусов (20) для топливной соли, указанных корпусов (30) для замедлителя и отражателя нейтронов и/или указанных корпусов (40) для бланкетной соли собран из двух частей, разделенных плоскостью (М) симметрии, проходящей радиально от указанного срединного положения, причем указанные корпуса (40) для топливных бланкетов, предпочтительно, имеют стенку из керамического композиционного материала, металлического сплава, железного сплава, предпочтительно, нержавеющей стали, или из никелевого сплава, предпочтительно, инконеля или хастеллоя.

11. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой указанный центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов имеет переменные внутренний и внешний радиусы R11 и R12, причем указанные внутренний и внешний радиусы R11 и R12, предпочтительно, максимальны в указанном срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от указанного срединного положения.

12. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой указанная рубашка для топливной соли имеет форму полого, по существу, кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R21 и R22, при этом указанные корпуса (20) для топливной соли, предпочтительно, выполнены в виде, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R21 и R22 или эффективными радиусами R21' и R22', соответственно, и заданным секторным углом А2, причем указанные внутренний и внешний радиусы R21 и R22 или эффективные радиусы R21' и R22', предпочтительно, максимальны в указанном срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от указанного срединного положения.

13. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой указанная рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов имеет форму полого, по существу, кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R31 и R32 или эффективными радиусами R31' и R32', и в которой указанные корпуса (30) отражателя и замедлителя нейтронов, предпочтительно, выполнены в виде, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R31 и R32 или эффективными радиусами R31' и R32', соответственно, и с заданным секторным углом A3, причем указанные внутренний и внешний радиусы R31 и R32 или эффективные радиусы R31' и R32', предпочтительно, максимальны в указанном срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от указанного срединного положения.

14. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из пп. 8-13, в которой указанная рубашка для бланкетной соли имеет форму полого, по существу, кругового цилиндра с переменными внутренним и внешним радиусами R41 и R42 или эффективными радиусами R41' и R42', при этом указанные корпуса (40) для бланкетной соли, предпочтительно, выполнены в виде, по существу, кругового цилиндрического сектора с переменными внутренним и внешним радиусами R41 и R42 или эффективными радиусами R41' и R42', соответственно, и с заданным секторным углом А4, причем указанные внутренний и внешний радиусы R41 и R42 или эффективные радиусы R41' и R42', предпочтительно, максимальны в указанном срединном положении или рядом с ним и постепенно уменьшаются от указанного срединного положения.

15. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой указанная рубашка для топливной соли, указанная рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов и/или указанная рубашка для бланкетной соли представляют собой, по существу, непрерывные по окружности рубашки, предпочтительно, образованные сопрягающимися сторонами трубчатых корпусов (20, 30, 40), образующих эти рубашки, соприкасающихся друг с другом на значительной части их осевой протяженности.

16. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из предшествующих пунктов, в которой указанный центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов сегментирован и образован множеством трубчатых корпусов для замедлителя, каждый из которых проходит в осевом направлении от входа для замедлителя до выхода для замедлителя для обеспечения прохождения замедлителя, причем указанное множество трубчатых корпусов для замедлителя собраны с образованием указанного центрального корпуса (10) для замедлителя.

17. Активная зона (1) ядерного реактора по п. 16, в которой указанный центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов имеет окружную внешнюю стенку и окружную внутреннюю стенку, причем указанная окружная внутренняя стенка, предпочтительно, образует просвет для приема управляющего стержня.

18. Ядерный реактор (100) на расплавах солей, содержащий активную зону (1) ядерного реактора по любому из пп. 1-17.

19. Активная зона (1) ядерного реактора для ядерного реактора (100) на расплавах солей (100), содержащая:

трубчатый цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения первого жидкого замедлителя и отражателя (11) нейтронов, проходящий в осевом направлении от входа (12) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов до выхода (13) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (1) для замедлителя и отражателя нейтронов, причем указанный центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов имеет стенку из металлического сплава, предпочтительно, циркониевого сплава, или из керамического композиционного материала,

цилиндрическую рубашку для топливной соли, окружающую указанный центральный корпус (10) для замедлителя, причем указанная рубашка для топливной соли проходит в осевом направлении от входа (22) для топливной соли рубашки для топливной соли до выхода (23) для топливной соли рубашки для топливной соли для обеспечения прохождения расплава топливной соли (21), причем указанная рубашка для топливной соли имеет стенки из керамического композиционного материала или из металлического сплава, предпочтительно, циркониевого сплава, и

цилиндрическую рубашку для замедлителя и отражателя нейтронов, которая окружает указанную рубашку для топливной соли и проходит в осевом направлении от входа (32) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов рубашки для отражателя и замедлителя нейтронов до выхода (33) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов рубашки для замедлителя и отражателя нейтронов для обеспечения прохождения второго жидкого замедлителя и отражателя (31) нейтронов, причем указанная рубашка для замедлителя и отражателя нейтронов имеет стенки из металлического сплава, предпочтительно, циркониевого сплава, или из керамического композиционного материала, отличающаяся тем, что

указанный цилиндрический центральный корпус (10) для замедлителя и отражателя нейтронов имеет максимальную площадь внутреннего поперечного сечения посередине между входом (12) для жидкого замедлителя центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов и выходом (13) для жидкого замедлителя и отражателя нейтронов центрального корпуса (10) для замедлителя и отражателя нейтронов, причем активная зона ядерного реактора содержит первую цилиндрическую изоляционную рубашку (15), расположенную между указанным центральным корпусом (10) для замедлителя и указанной рубашкой для топливной соли, при этом указанная первая изоляционная рубашка (15) содержит графитовый войлок или графитовый войлок, пропитанный изоляционным аэрогелем.

20. Активная зона (1) ядерного реактора по п. 19, содержащая вторую цилиндрическую изоляционную рубашку (35) между указанной рубашкой для топливной соли и указанной рубашкой для замедлителя и отражателя нейтронов, при этом указанная вторая изоляционная рубашка (35) содержит графитовый войлок или графитовый войлок, пропитанный изоляционным аэрогелем.

21. Активная зона (1) ядерного реактора по п. 19 или 20, в которой первым и/или вторым жидким замедлителем и отражателем нейтронов является тяжелая вода или расплав гидроксида, предпочтительно расплав соли дейтероксида лития, обогащенного по литию-7 (7LiOD).

22. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из пп. 19-21, содержащая управляющий стержень, причем указанный управляющий стержень содержит поглощающий нейтроны материал, предпочтительно бор или гафний.

23. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из пп. 19-22, в которой топливная соль (21) содержит делящиеся компоненты, предпочтительно, содержащие соль фторида лития, обогащенного по литию-7, тетрафторида тория, тетрафторида урана, трифторида урана и/или трифторида плутония 7LiF-ThF4-UF4-UF3-PuF3.

24. Активная зона (1) ядерного реактора по любому из пп. 19-23, в которой активная зона ядерного реактора содержит рубашку (40) для бланкетной соли, окружающую рубашку для замедлителя и отражателя, причем рубашка для бланкетной соли содержит бланкетную соль (41), при этом бланкетная соль (41) представляет собой расплав соли, содержащей воспроизводящие компоненты, предпочтительно содержащие соль фторида лития, обогащенного по литию-7 и/или тетрафторида тория (7LiF-ThF4).

25. Ядерный реактор (100) на расплавах солей, содержащий активную зону (1) ядерного реактора по любому из пп. 19-24.