一种反应堆燃料组件及堆芯结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112233820A(43)申请公布日2021.01.15(21)申请号202011100765.4(22)申请日2020.10.15(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人赵富龙赵佳音宁可为谭思超(51)Int.Cl.G21C5/14(2006.01)G21C3/58(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种反应堆燃料组件及堆芯结构(57)摘要一种反应堆燃料组件及堆芯结构，该堆芯为蜂窝型结构，从径向上分为三区，从内到外分别是两个燃料区，燃料区之外是径向反射层；堆芯轴向布置从下向上分别为下反射层、燃料层以及上反射层；燃料组件的构成为TRISO燃料颗粒弥散在基体中制成，冷却剂从燃料组件中布置的冷却剂通道流出。该结构能够适用于冲压式飞行器，减少流致振动、减少对堆芯的冲击、提高能量密度，代替常规冲压发动机的燃烧室部分。CN112233820ACN112233820A权利要求书1/1页1.一种反应堆燃料组件及堆芯结构，其特征在于：该堆芯为一体化紧凑式的蜂窝型结构，燃料使用TRISO燃料颗粒均匀或非均匀弥散在基体中的型式。2.根据权利要求1所述的一种反应堆燃料组件及堆芯结构，其特征在于：堆芯径向上从内向外分为三区，依次为内燃料区、外燃料区和反射层。3.根据权利要求2所述的一种反应堆燃料组件及堆芯结构，其特征在于：轴向和径向反射层采用的材料为氧化铍BeO。4.根据权利要求2所述的一种反应堆燃料组件及堆芯结构，其特征在于：TRISO燃料颗粒弥散采用大小球或均匀球交错排布的方式。5.根据权利要求1所述的一种反应堆燃料组件及堆芯结构，其特征在于：所述TRISO燃料颗粒从内向外分为燃料核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、SiC层、外致密热解碳层。6.根据权利要求3所述的一种反应堆燃料组件及堆芯结构，其特征在于：所述TRISO燃料的燃料核芯为二氧化铀UO2或氮化铀UN或碳化铀UC燃料。2CN112233820A说明书1/2页一种反应堆燃料组件及堆芯结构技术领域[0001]本发明属于核反应堆工程技术领域，涉及一种反应堆燃料组件及堆芯结构。背景技术[0002]冲压发动机由进气道、燃烧室和喷管三大部分组成，工作原理是当飞机运动时，高速来流空气在进气道中增压减速，进入燃烧室被加热成高温高压气体，以更大的速度从发动机喷管中喷射出来。喷气流的速度比进口的空气速度大得多，因此产生推力，使飞机运动。相比于火箭发动机，冲压发动机不需要携带氧化剂，大大降低了系统重量，具有更高的比冲、工作效率、更长的航程，可长时可靠稳定运行。[0003]现有的冲压发动机，对于临近空间的高度，持续、机动的高声速飞行任务而言，都是不理想的动力。基于核能能量密度高的优点，使用反应堆堆芯代替冲压发动机的燃烧室部分，有望应用于长续航的航空飞行器。而稳定性和安全性也是此类反应堆最重要的考虑因素之一，在堆芯设计中应当提高堆芯的固有安全性。但由于飞行器高速飞行，空气作为冷却剂流经堆芯，也是以很高速度进行流动，对堆芯结构产生较大冲击；同时，空气流经堆芯后经过喷管直接排入大气，其产生的辐射问题也带来了安全方面的显著挑战。发明内容[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种反应堆燃料组件及堆芯结构，通过合理的组件设计和燃料设计，减少流致振动、减少对堆芯的冲击、提高能量密度、增强堆芯结构的稳定性与可靠性，并降低空气流过堆芯所产生的辐射，最大程度的减少对周围环境、电子仪器设备的损失。[0005]本发明的目的是这样实现的：[0006]一种反应堆燃料组件及堆芯结构，该堆芯为蜂窝型结构，径向上从内向外分为三区，依次为内燃料区、外燃料区和反射层。[0007]所述反射层采用的材料为BeO。[0008]所述内燃料区添加Gd2O3材料。[0009]所述燃料组件采用TRISO燃料颗粒弥散在基体中的型式。[0010]所述TRISO燃料颗粒从内向外分为燃料核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、SiC层、外致密热解碳层。[0011]所述TRISO燃料的燃料核芯为UO2或UN或UC燃料，优选UO2燃料。[0012]和现有技术相比较，本发明具备如下优点：[0013]与传统堆芯发燃料组件相比，采用蜂窝型结构与TRISO颗粒弥散相结合的型式，蜂窝型结构设计使堆内结构紧凑，既能在高速气流的冲击下保持稳定性，又能有利于传热，提高堆芯的换热能力；TRISO燃料颗粒的形式，多层包覆层的设计可以很好地容纳裂变物质，减少放射性物质的泄露，进而有效减少冷却剂流过堆芯所带走的辐射量。[0014]与传统堆芯燃料组件相比，采用SiC基体，一方面可以减少对中子的慢化