核裂变反应堆、 流量控制组件、 其方法和流量控制组件系统 交叉参考相关申请
本申请涉及如下所列申请 (“相关申请” ) 以及要求从如下所列申请中获得最早可 用有效申请日的权益 ( 例如， 要求非临时专利申请的最早可用优先权日， 或要求临时专利 申请， 以及相关申请的任何和所有父代、 祖父代、 曾祖父代等申请基于 35USC§119(e) 的权 益 )。相关申请以及相关申请的任何和所有父代、 祖父代、 曾祖父代等申请的所有主题以这 样的主题不会与本文的主题相抵触的程度通过引用并入本文中。
相关申请
根据美国专利商标局 (USPTO) 的非法定要求， 本申请构成 2009 年 4 月 16 日提交、 发明人为 Charles E.Ahlfeld、 Roderick A.Hyde、 Muriel Y.Ishikawa、 David G.McAlees、 Jon D McWhirter、 Nathan P.Myhrvold、 Ashok Odedra、 Clarence T.Tegreene、 Thomas Allan Weaver、 Charles Whitmer、 Victoria Y.H.Wood、 Lowell L.Wood， Jr. 和 George B.Zimmerman、 和发明名称为 “A NUCLEAR FISSION REACTOR， FLOW CONTROL ASSEMBLY， METHODS THEREFOR AND A FLOW CONTROL ASSEMBLY SYSTEM( 核裂变反应堆、 流量控制组件、 其方法以及流量控制组件系统 )” 的美国专利申请第 12/386,495 号的部分继续申请， 该申 请当前同时待审， 或者是给予当前同时待审申请以申请日的权益的申请。
根据美国专利商标局 (USPTO) 的非法定要求， 本申请构成 2009 年 7 月 13 日提交、 发明人为 Charles E.Ahlfeld、 Roderick A.Hyde、 Muriel Y.Ishikawa、 David G.McAlees、 Jon D McWhirter、 Nathan P.Myhrvold、 Ashok Odedra、 Clarence T.Tegreene、 Thomas Allan Weaver、 Charles Whitmer、 Victoria Y.H.Wood、 Lowell L.Wood， Jr. 和 George B.Zimmerman、 和发明名称为 “A NUCLEAR FISSION REACTOR， FLOW CONTROL ASSEMBLY， METHODS THEREFOR AND A FLOW CONTROL ASSEMBLY SYSTEM( 核裂变反应堆、 流量控制组件、 其方法以及流量控制组件系统 )” 的美国专利申请第 12/460,157 号的部分继续申请， 该申 请当前同时待审， 或者是给予当前同时待审申请以申请日的权益的申请。
根据美国专利商标局 (USPTO) 的非法定要求， 本申请构成 2009 年 7 月 13 日提交、 发明人为 Charles E.Ahlfeld、 Roderick A.Hyde、 Muriel Y.Ishikawa、 David G.McAlees、 Jon D McWhirter、 Nathan P.Myhrvold、 Ashok Odedra、 Clarence T.Tegreene、 Thomas Allan Weaver、 Charles Whitmer、 Victoria Y.H.Wood、 Lowell L.Wood， Jr. 和 George B.Zimmerman、 和发明名称为 “A NUCLEAR FISSION REACTOR， FLOW CONTROL ASSEMBLY， METHODS THEREFOR AND A FLOW CONTROL ASSEMBLY SYSTEM( 核裂变反应堆、 流量控制组件、 其方法以及流量控制组件系统 )” 的美国专利申请第 12/460,160 号的部分继续申请， 该申 请当前同时待审， 或者是给予当前同时待审申请以申请日的权益的申请。
根据美国专利商标局 (USPTO) 的非法定要求， 本申请构成 2009 年 7 月 13 日提交、 发明人为 Charles E.Ahlfeld、 Roderick A.Hyde、 Muriel Y.Ishikawa、 David G.McAlees、 Jon D McWhirter、 Nathan P.Myhrvold、 Ashok Odedra、 Clarence T.Tegreene、 Thomas Allan Weaver、 Charles Whitmer、 Victoria Y.H.Wood 和 Lowell L.Wood， Jr.、 和发明名 称为 “A NUCLEAR FISSION REACTOR， FLOW CONTROL ASSEMBLY， METHODS THEREFOR AND A
FLOW CONTROL ASSEMBLY SYSTEM( 核裂变反应堆、 流量控制组件、 其方法以及流量控制组件 系统 )” 的美国专利申请第 12/460,159 号的部分继续申请， 该申请当前同时待审， 或者是给 予当前同时待审申请以申请日的权益的申请。
美国专利商标局 (USPTO) 已经发布了内容是 USPTO 的计算机程序要求专利申请人 引用序号并指示申请是继续申请还是部分继续申请的公告。有关细节请参阅可在 http:// www.uspto.gov/web/offices/com/sol/og/2003/week11/patbene.htm. 上 查 到 的 文 章， Stephen G.Kunin， Benefit of Prior-Filed Application， USPTO Official Gazette March 18， 2003。本申请人实体 ( 下文称为 “申请人” ) 在上面已经提供了如法规所述要求 其优先权的申请的特定引用。 本申请人理解， 该法规在其特定引用语言上是明确的， 不需要 序号或像 “继续” 或 “部分继续” 那样的任何表征来要求美国专利申请的优先权。尽管如上 文所述， 但本申请人理解， USPTO 的计算机程序有某些数据输入要求， 因此本申请人将本申 请指定成如上所述它的父代申请的部分继续， 但应明确指出， 这样的指定决不能理解成除 了其父代申请的主题之外， 本申请是否包含某新主题的任何类型的注释和 / 或承认。 技术领域 本申请一般涉及牵涉到诱发核反应的过程以及实现这样过程的结构， 该结构包括 入口、 出口或冷却通道上的孔或流体控制装置， 尤其涉及核裂变反应堆、 流量控制组件、 其 方法以及流量控制组件系统。
背景技术 众所周知， 在正在运行的核裂变反应堆中， 已知能量的中子被具有大原子质量的 核素吸收。 所产生的复合核分解成包括两个较小原子质量裂变碎片的裂变产物以及衰变产 物。已知通过所有能量的中子经受这样的裂变的核素包括铀 -233、 铀 -235 和钚 -239， 它们 都是可裂变核素。例如， 动能为 0.0253eV( 电子伏特 ) 的热中子可用于使 U-235 原子核裂 变。 作为可增殖核素的钍 -232 和铀 -238 不会发生诱发裂变， 除非利用动能为至少 1MeV( 兆 电子伏特 ) 的快中子。从每个裂变事件中释放的总动能是大约 200MeV。这种动能最终转化 成热。
在核反应堆中， 上述可裂变和 / 或可增殖材料通常存放在界定核反应堆堆芯的多 个紧密堆积在一起的燃料组件中。已经观察到， 热积累可能使这样的紧密堆积在一起的燃 料组件和其它反应堆部件经历差异热膨胀， 导致反应堆堆芯部件对不准。热积累也可能促 使在反应堆运行期间可以增加燃料棒肿胀和燃料棒包壳断裂的风险的燃料棒蠕变。这可 能增加了燃料芯块可能破裂和 / 或燃料棒可能弯曲的风险。燃料芯块破裂可能先于像燃 料 - 包壳机械相互作用那样的燃料 - 包壳故障机制， 并且导致裂变气体释放。 裂变气体释放 可以在反应堆堆芯中产生高于正常的辐射水平。燃料棒弯曲可能导致冷却剂流通道阻塞。
已经作了将足够冷却剂流提供给核反应堆燃料组件的尝试。1985 年 3 月 19 日以 Jacky Rion 的名字颁发和发明名称为 “Device for Regulating the Flow of a Fluid( 调 节流体的流量的设备 )” 的美国专利第 4,505,877 号公开了包含与流体流垂直和改变流体 流的方向的一系列格栅的设备。按照 Rion 的专利， 这种设备打算用在调节在液态金属冷却 核反应堆组件的基座中循环的冷却流体的方向中。 该设备的致力于对于给定额定流速和给
定下游压强， 不产生空腔地引起给定压降。
在 1991 年 11 月 19 日 以 Neil G.Heppenstall 等 人 的 名 字 颁 发 和 发 明 名 称 为 “Nuclear Fuel Assembly Coolant Control( 核燃料组件冷却剂控制 )”的美国专利第 5,066,453 号中， 公开了将足够冷却剂流提供给核反应堆燃料组件的另一种尝试。 这个专利 公开了通过核燃料组件控制冷却剂的流量的装置， 该装置包含可处在燃料组件中的可变限 流器、 处在燃料组件中的位置上以引起自身中子诱发增长的方式响应中子辐射的装置、 和 将中子辐射响应装置与可变限流器连接以便控制冷却剂通过燃料组件的流量的连接装置。 可变限流器包含多条纵向对齐管道、 和具有可处在一些管道中的堵塞件阵列的堵塞装置， 堵塞件具有不同长度， 以便通过连接装置纵向位移堵塞装置逐渐打开或关闭一些管道。
在 1993 年 3 月 30 日 以 John P.Church 的 名 字 颁 发 和 发 明 名 称 为 “Nuclear Reactor Flow Control Method and Apparatus( 核反应堆流量控制方法和装置 )” 的美国 专利第 5,198,185 号中， 公开了将足够冷却剂流提供给核反应堆燃料组件的又一种尝试。 这个专利看起来公开了在发生事件状况下使流动得到改善而在正常状况下不使流动恶化 的冷却剂流分布。按照这个专利， 通用套管外壳围住燃料元件。该通用套管外壳具有让冷 却剂通过的多个孔。逐个套管地对套管外壳中的孔的数量和大小加以改变， 以便增加流到 堆芯中心燃料的冷却剂的数量， 而相对减小到外围燃料的流量。此外， 按照这个专利， 改变 孔的数量和孔的大小可以满足跨过堆芯的特定功率形状。 发明内容 按照本公开的一个方面， 提供了一种核裂变反应堆， 其包含核裂变模块， 配置成在 相对于该核裂变模块的位置上具有至少一部分燃烧行波 (traveling burn wave) ； 以及流 量控制组件， 配置成与该核裂变模块耦合和配置成响应处在相对于该核裂变模块的位置上 的燃烧行波调节流体的流量。
按照本公开的另一个方面， 提供了一种核裂变反应堆， 其包含发热核裂变燃料组 件， 配置成在相对于该核裂变燃料组件的位置上具有至少一部分燃烧行波 ； 以及流量控制 组件， 配置成与该核裂变燃料组件耦合和能够响应处在相对于该核裂变燃料组件的位置上 的燃烧行波调节流体流的流量。
按照本公开的又一个方面， 提供了一种用在行波核裂变反应堆中的流量控制组 件， 其包含流量调节分组件。
按照本公开的另一个方面， 提供了一种用在核裂变反应堆中的流量控制组件， 其 包含流量调节分组件， 该流量调节分组件包括具有第一孔的第一套管 ； 配置成插入第一套 管中的第二套管， 第二套管具有可与第一孔对准的第二孔， 第一套管被配置成可旋转， 以便 使第一孔与第二孔对准 ； 以及配置成与流量调节分组件耦合的滑架分组件。
按照本公开的再一个方面， 提供了一种用在行波核裂变反应堆中、 配置成与燃料 组件连接的流量控制组件， 其包含配置成布置在流体流中的可调流量调节分组件。
按照本公开的进一步方面， 提供了一种用在核裂变反应堆中、 配置成与燃料组件 连接的流量控制组件， 其包含配置成布置在流体流中的可调流量调节分组件， 该可调流量 调节分组件包括具有第一孔的第一套管 ； 以及配置成插入第一套管中的第二套管， 第二套 管具有第二孔， 第一孔可逐渐与第二孔对准， 从而随着第一孔逐渐与第二孔对准， 可变数量
的流体流流过第一孔和第二孔， 第一套管被配置成可相对于第二套管轴向平移， 以便使第 二孔与第一孔对准。
按照本公开的另外方面， 提供了一种用在核裂变反应堆中、 配置成与燃料组件连 接的流量控制组件， 其包含可调流量调节分组件 ； 以及与可调流量调节分组件耦合以便调 整可调流量调节分组件的滑架分组件。
按照本公开的另一个方面， 提供了一种用在核裂变反应堆中、 可与安排为布置在 核裂变反应堆中的多个核裂变燃料组件的所选一个耦合的流量控制组件， 其包含调整流过 多个核裂变燃料组件的所选一个的流体流的流量的可调流量调节分组件， 该可调流量调节 分组件包括具有多个第一孔的外套管 ； 插入外套管中的内套管， 内套管具有多个第二孔， 第 一孔可逐渐与第二孔对准以界定可变流区， 从而随着第一孔和第二孔逐渐对准来界定可变 流区， 可变数量的流体流流过第一孔和第二孔 ； 以及与可调流量调节分组件耦合以便调整 可调流量调节分组件的滑架分组件。
按照本公开的进一步方面， 提供了一种运行核裂变反应堆的方法， 其包含在相对 于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波 ； 以及响应相对于核裂变模块的位置， 操 作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。 按照本公开的另一个方面， 提供了一种组装用在行波核裂变反应堆中的流量控制 组件的方法， 其包含接纳流量调节分组件。
按照本公开的另一个方面， 提供了一种组装用在行波核裂变反应堆中的流量控制 组件的方法， 其包含接纳滑架分组件。
按照本公开的另一个方面， 提供了一种组装用在行波核裂变反应堆中的流量控制 组件的方法， 其包含接纳具有第一孔的第一套管 ； 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具 有可与第一孔对准的第二孔， 第一套管被配置成可旋转， 以便将第一孔轴向平移成与第二 孔对准 ； 以及将滑架分组件与流量调节分组件耦合。
按照本公开的另外方面， 提供了用在行波核裂变反应堆中的流量控制组件系统， 其包含流量调节分组件。
按照本公开的另一个方面， 提供了用在核裂变反应堆中的流量控制组件系统， 其 包含流量调节分组件， 该流量调节分组件包括具有第一孔的第一套管 ； 配置成插入第一套 管中的第二套管， 第二套管具有可与第一孔对准的第二孔， 第一套管被配置成可旋转， 以便 将第一孔轴向平移成与第二孔对准 ； 以及配置成与流量调节分组件耦合的滑架分组件。
按照本公开的再一个方面， 提供了一种用在核裂变反应堆中、 配置成与核裂变燃 料组件连接的流量控制组件系统， 其包含配置成布置在流体流中的可调流量调节分组件。
按照本公开的另一个方面， 提供了一种用在核裂变反应堆中、 可与布置在核裂变 反应堆中的多个核裂变燃料组件的所选一个耦合的流量控制组件系统， 其包含控制流过多 个核裂变燃料组件的所选一个的流体流的流量的可调流量调节分组件， 该可调流量调节分 组件包括具有多个第一孔的外套管 ； 插入外套管中的内套管， 内套管具有多个第二孔， 第一 孔可逐渐与第二孔对准以界定可变流区， 从而随着第一孔和第二孔逐渐对准来界定可变流 区， 可变数量的流体流流过第一孔和第二孔 ； 以及与可调流量调节分组件耦合以便调整可 调流量调节分组件的滑架分组件。
本公开的一个特征是提供能够响应燃烧波的位置控制流体的流量的流量控制组
件。 本公开的另一个特征是提供包含流量调节分组件的流量控制组件， 该流量调节分 组件包括外套管和内套管， 外套管具有第一孔和内套管具有可与第一孔对准的第二孔， 从 而随着第二孔与第一孔对准， 一定数量的流体流流过第一孔和第二孔。
本公开的另外特征是提供配置成与流量调节分组件耦合以便传送和配置流量调 节分组件的滑架分组件。
除了上文之外， 在本公开的如正文 ( 例如， 权利要求书和 / 或详细描述 ) 和 / 或附 图的教导中提出和描述了各种其它方法和 / 或设备方面。
上文是一个总结， 因此可能包含细节的简化、 概括、 包含、 和 / 或省略 ； 因此， 本领 域的技术人员意识到， 该总结只是例示性的， 而决不是打算进行任何限制。 除了上述的例示 性方面、 实施例和特征之外， 通过参考附图和如下详细描述， 进一步的方面、 实施例和特征 将变得明显。
附图说明
虽然本说明书以特别指出和不同地声明本公开的主题的权利要求书作为结论， 但 相信本公开可以从结合附图所作的如下详细描述中得到更好理解。另外， 用在不同附图中 的相同符号通常表示相似或相同项目。
图 1 是核裂变反应堆的示意性表示 ；
图 1A 是属于核裂变反应堆的核燃料组件或核裂变模块的横截面图 ；
图 1B 是属于核裂变模块的核燃料棒的透视和局部垂直剖面表示 ；
图 2 是具有布置在其中的多个六角形状核裂变模块的六角形状核裂变反应堆堆 芯的横截面图 ；
图 3 是具有布置在其中的多个六角形状核裂变模块的圆柱形状反应堆堆芯的横 截面图 ；
图 4 是平行六面体状反应堆堆芯的横截面图， 该反应堆堆芯具有布置在其中的多 个六角形状核裂变模块和包括在相对于核裂变模块的位置上具有宽度 “x” 的至少一部分燃 烧行波 ；
图 5 是多个相邻六角形状核裂变模块的横截面图， 除了燃料棒之外， 该核裂变模 块还具有多根可纵向移动控制棒 ；
图 5A 是多个相邻六角形状核裂变模块的横截面图， 除了燃料棒之外， 该核裂变模 块还具有多根布置在其中的可增殖再生棒 ；
图 5B 是多个相邻六角形状核裂变模块的横截面图， 除了燃料棒之外， 该核裂变模 块还具有多根布置在其中的中子反射体棒 ；
图 5C 是平行六面体状反应堆堆芯的横截面图， 该反应堆堆芯具有围绕其内周围 布置的再生毯燃料组件 ；
图 6 是沿着图 5 的剖面线 6-6 截取的视图 ；
图 7 是多个相邻核裂变模块和属于流量控制组件和与核裂变模块的各自一个耦 合的多个流量调节分组件的局部垂直剖面图 ；
图 8 是流量调节分组件的透视分解图 ；图 8A 是流量调节分组件的局部垂直剖面分解图 ；
图 8B 是完全允许流体流过的打开配置下流量调节分组件的局部剖面图 ；
图 8C 是完全阻止流体流过的关闭配置下流量调节分组件的局部剖面图 ；
图 8D 是沿着图 8B 的剖面线 8D-8D 截取的视图， 以水平剖面示出了属于流量调节 分组件下部的抗转配置 ；
图 8E 是流量调节分组件下部的为了清楚起见部分已除去的垂直剖面图， 示出了 可自由旋转接头 ；
图 9 是与核裂变模块耦合和处在允许流体流到核裂变模块的完全打开位置上的 流量调节分组件的局部正面图 ；
图 10 是与核裂变模块耦合和处在防止流体流到核裂变模块的完全关闭位置上的 流量调节分组件的局部正面图 ；
图 11 是多个相邻核裂变模块和与核裂变模块之一耦合的多个流量调节分组件的 垂直剖面图 ；
图 12 是多个相邻核裂变模块和与核裂变模块的各自一个耦合的多个流量调节分 组件的垂直剖面图， 该流量调节分组件被显示在允许可变流体流过的完全打开、 部分关闭 或打开、 和完全关闭的位置上 ； 图 13 是属于流量控制组件的滑架分组件的为了清楚起见部分已除去的透视图 ；
图 14 是多个相邻核裂变模块和布置在核裂变模块的各自一个中的多个传感器的 垂直剖面图 ；
图 15 是多个流量调节分组件的为了清楚起见部分已除去的局部正面图， 多个流 量调节分组件的所选一个通过由导螺杆装置旋转驱动和由齿轮装置轴向驱动的多个套筒 扳手之一啮合 ；
图 16 是驱动多个套筒扳手的可选者的齿轮装置的透视图 ；
图 17 是通过多个套筒扳手的所选一个啮合的多个流量调节分组件的为了清楚起 见部分已除去的局部正面图， 套筒扳手至少部分受与控制器或控制单元电耦合的密封电机 装置控制 ；
图 18 是通过多个套筒扳手的所选一个啮合的多个流量调节分组件的为了清楚起 见部分已除去的局部正面图， 套筒扳手至少部分受响应能够发送射频信号的属于控制器或 控制单元的无线电发射器 - 接收器装置的密封电机装置控制 ；
图 19 是通过多个套筒扳手的所选一个啮合的多个流量调节分组件的局部正面 图， 套筒扳手至少部分受能够通过光束发送信号的属于控制单元的光纤发射器 - 接收器装 置控制 ；
图 20A-20S 是运行核裂变反应堆的例示性方法的流程图 ； 以及
图 21A-20H 是组装流量控制分组件的例示性方法的流程图。
具体实施方式
在如下详细描述中， 将参考形成其一部分的附图。 在这些附图中， 相似的符号通常 表示相似的部件， 除非上下文另有规定。 描述在详细描述、 附图和权利要求书中的例示性实 施例并不意味着限制本发明的范围。 可以不偏离本文展示的主题的精神或范围地利用其它实施例， 以及可以作出其它改变。
另外， 为了清晰地展示起见， 本申请使用了形式上的概括性标题。 但是， 应该明白， 这些概括性标题用于展示的目的， 可以在整个申请中讨论不同类型的主题 ( 例如， 可以在 过程 / 操作标题下描述设备 / 结构和 / 或可以在结构 / 过程标题下讨论过程 / 操作 ； 和/ 或单个话题的描述可以跨越两个或更多个话题标题 )。 因此， 形式上的概括性标题的使用决 不是打算限制本发明的范围。
此外， 本文所述的主题有时例示了包含在其它不同部件中， 或与其它不同部件连 接的不同部件。应该明白， 这样描绘的架构仅仅是示范性的， 事实上， 可以实现许多实现相 同功能的其它架构。 从概念上来讲， 有效地 “联系” 实现相同功能的部件的任何安排， 以便实 现所希望功能。 因此， 本文组合在一起实现特定功能的任何两个部件可以看作相互 “联系” ， 使得与架构或中间部件无关地实现所希望功能。同样， 如此联系的任何两个部件也可以视 作实现所希望功能的相互 “可操作地连接” 或 “可操作地耦合” ， 以及能够如此联系的任何两 个部件也可以视作实现所希望功能的相互 “可操作耦合” 。 可操作耦合的特例包括但不局限 于物理上可配对和 / 或物理上相互作用部件、 可无线相互作用和 / 或无线相互作用部件、 和 / 或逻辑上相互作用和或 / 逻辑上可相互作用部件。 在一些情况下， 一个或多个部件在本文中可能被称为 “配置成” ， “可配置成” ， “可 操作 / 操作” ， “适用于 / 可适用于” ， “能够” ， “可依照 / 依照” 等。本领域的普通技术人员 应该认识到， “配置成” ， “可配置成” ， “可操作 / 操作” ， “适用于 / 可适用于” ， “能够” ， “可依 照 / 依照” 等一般可以包含活动状态部件、 非活动状态部件和 / 或等待状态部件， 除非上下 文另有要求。
关于本公开， 如前所述， 在许多情况下， 对于在可裂变核素中吸收的每个中子， 释 放出不止一个中子， 直到可裂变原子核耗尽。 这种现象用在商业核反应堆中， 以产生又用于 发电的连续热量。
但是， 由于由反应堆堆芯中的不均匀中子通量分布引起的 “峰” 温度 ( 即热通道峰 值因子 )， 可能发生对反应堆结构材料的热损伤。如本领域众所周知， 中子通量被定义成每 单位时间通过单位面积的中子的数量。这个峰温度又由不均匀控制棒 / 燃料棒分布引起。 如果峰温度超过材料极限， 就可能发生热损伤。 另外， 运行在快中子谱中的反应堆可能被设 计成具有存在于堆芯周围的可增殖燃料 “再生毯” 材料。这样的反应堆将趋于通过中子吸 收使燃料再生成再生毯材料。这导致了随着反应堆接近燃料循环结束， 反应堆外围的输出 功率增大。在反应堆燃料循环开始使冷却剂流过外围组件可以保持安全的运行温度， 并且 顾及在燃料循环期间随着燃耗增加将发生的功率增大。
由于燃料 “燃耗” ， 产生了 “反应” ( 即， 反应堆功率的变化 )。燃耗通常定义成每单 位质量的燃料生成的能量量， 通常用兆瓦天每公吨重金属 (MWd/MTHM) 或千兆瓦天每公吨 重金属 (GWd/MTHM) 的单位表达。更具体地说， “反应变化” 与反应堆产生比保持临界链式反 应的确切数量多或少的中子的相对能力有关。 反应堆的响应性通常表征成使反应堆的功率 指数地增大或减小的反应变化的时间导数。
关于这方面， 由中子吸收材料制成的控制棒通常用于调整和控制变化反应性。使 这样的控制棒来回进出反应堆堆芯， 以便在反应堆堆芯中可变地控制中子吸收， 因此控制 中子通量水平和反应性。中子通量水平在控制棒附近降低， 而在远离控制棒的区域中可能
较高。因此， 中子通量在整个反应堆堆芯中是不均匀的。这导致了在中子通量较高的那些 区域中燃料燃耗较高。 此外， 核能发电领域的普通技术人员可以懂得， 中子通量和功率密度 变化是由许多因素造成的。离控制棒远近可能是也可能不是主要因素。例如， 中子通量通 常在附近没有控制棒的堆芯边界上显著下降。 这些效应又可能引起中子通量较高的那些区 域过热或峰温度。 这样的峰温度可能因改变了结构的机械性质而非所希望地缩短了经受这 样峰温度的结构的运行寿命。此外， 与中子通量和可裂变燃料浓度的乘积成比例的反应堆 功率密度， 受堆芯结构材料不受损伤地承受这样峰温度的能力限制。
因此， 参照图 1， 只作为例子而非限制性地， 图 1 示出了统称为 10、 处理上文列举的 关注的核裂变反应堆。如下文更充分描述， 反应堆 10 可以是行波核裂变反应堆。核裂变反 应堆 10 产生在多条传输线 ( 未示出 ) 上传输给电力用户的电力。反应堆 10 可以替代性地 用于进行像确定温度对反应堆材料的影响的测试那样的测试。
参照图 1， 1A， 1B 和 2， 反应堆 10 包含统称为 20 的核裂变反应堆堆芯， 核裂变反应 堆堆芯 20 包括多个核裂变燃料组件， 或也如本文所称， 核裂变模块 30。核裂变反应堆堆芯 20 密封地存放在反应堆堆芯外壳 35 内。只作为例子而非限制性地， 如图所示， 每个核裂变 模块 30 可以形成横截面六角形状的结构， 使得与像圆柱形或圆球形那样的核裂变模块 30 的大多数其它形状相比， 可以将更多的核裂变模块 30 一起紧密地堆积在反应堆堆芯 20 内。 每个核裂变模块 30 包含由于上述核裂变链式反应过程而发热的多根燃料棒 40。如果需要 的话， 可以用燃料棒筒 43 围住燃料棒 40， 以便增加核裂变模块 30 的结构硬度和逐个隔离核 裂变模块 30。逐个隔离核裂变模块 30 避免了相邻核裂变模块 30 之间的横向冷却剂交叉 流动。避免横向冷却剂交叉流动防止了核裂变模块 30 的横向振动。要不然这样的横向振 动可能增加损伤燃料棒 40 的风险。另外， 如下文更充分描述， 逐个隔离核裂变模块 30 使得 可以逐个模块地控制冷却剂流。控制到单独、 预选核裂变模块 30 的冷却剂流像基本上按照 反应堆堆芯 20 中的不均匀温度分布引导冷却剂流那样， 有效管理反应堆堆芯 20 内的冷却 剂流。筒体 43 可以包括将捆绑在一起的燃料棒搁在上面的环形肩部 46( 参见图 7)。在示 范性钠冷却反应堆的情况下， 在正常运行期间， 冷却剂可以具有约 5.5m3/s( 即， 约 194 立方 3 ft /s) 的平均额定体积流速和约 2.3m/s( 即， 约 7.55ft/s) 的平均额定速度。燃料棒 40 彼 此相邻， 其间界定使冷却剂沿着燃料棒 40 的外部流动的冷却剂流通道 47( 参见图 7)。 将燃 料棒 40 捆绑在一起， 以便形成前述六角形核裂变模块 30。 尽管燃料棒 40 彼此相邻， 但按照 核动力反应堆设计领域的普通技术人员已知的技术， 沿着每根燃料棒 40 的长度螺旋状延 伸的包装线 50( 参见图 7) 仍然使燃料棒 40 以隔开的关系保持。
特别参考图 1B， 每根燃料棒 40 具有首尾相接堆叠在其中的多个核燃料芯块 60。 核燃料芯块 60 被燃料棒包壳材料 70 密封地围住。核燃料芯块 60 包含像铀 -235、 铀 -233 或钚 -239 那样的上述可裂变核素。可替代的是， 核燃料芯块 60 可以包含像钍 -232 和 / 或铀 -238 那样的可增殖核素， 它们在裂变过程中蜕变成上文刚提到的可裂变核素。进一 步的替代是， 核燃料芯块 60 可以包含可裂变核素和可增殖核素的预定混合物。更具体地 说， 只作为例子而非限制性地， 核燃料芯块 60 可以由从基本上由如下组成的群组中选择的 氧化物制成 ： 一氧化铀 (UO)、 二氧化铀 (UO2)、 二氧化钍 (ThO2)( 也称为氧化钍 )、 三氧化铀 (UO3)， 氧化铀 - 氧化钚 (UO-PuO)、 八氧化三铀 (U3O8) 及其混合物。可替代的是， 核燃料芯块 60 可以主要包含与像 ( 但不局限于 ) 锆或钍金属那样的其它金属合金或非合金的铀。 作为又一种替代， 核燃料芯块 60 可以主要包含铀的碳化物 (UCx) 或钍的碳化物 (ThCx)。例如， 核燃料芯块 60 可以由从基本上由如下组成的群组中选择的碳化物制成 ： 一碳化铀 (UC)、 二 碳化铀 (UC2)、 三碳化二铀 (U2C3)、 二碳化钍 (ThC2)、 碳化钍 (ThC) 及其混合物。作为另一个 非限制性例子， 核燃料芯块 60 可以由从基本上由如下组成的群组中选择的氮化物制成 ： 氮 化铀 (U3N2)、 氮化铀 - 氮化锆 (U3N2Zr3N4)、 氮化铀钚 ((U-Pu)N)、 氮化钍 (ThN)、 铀 - 锆合金 (UZr) 及其混合物。密封地围住成堆核燃料芯块 60 的燃料棒包壳材料 70 可以是已知抗腐 蚀和抗破裂的像 ZIRCOLOYTM( 西屋电气公司 (Westinghouse Electric Corporation) 的注 册商标 ) 那样的适当锆合金。包壳材料 70 也可以由像铁素体马氏体钢那样的其它材料制 成。
从图 1 中可最佳看到， 反应堆堆芯 20 被布置在反应堆压力容器 80 中， 以防止放射 性粒子、 气体或液体从反应堆堆芯 20 泄漏到周围生物圈。压力容器 80 可以是适当大小和 厚度的钢、 混凝土或其他材料， 以减小这样辐射泄漏的风险和支持所需压力负荷。另外， 可 能存在密封地围住反应堆 10 的部分的安全壳 ( 未示出 )， 以加强防止放射性粒子、 气体或液 体从反应堆堆芯 20 泄漏到周围生物圈的保证。
再次参照图 1， 主回路冷却管 90 与反应堆堆芯 20 耦合， 使适当冷却剂可以流过反 应堆堆芯 20， 以便冷却反应堆堆芯 20。主回路冷却管 90 可以由像不锈钢那样的任何适当 材料制成。可以懂得， 如果需要的话， 主回路冷却管 90 不仅可以由铁合金制成， 而且可以由 非铁合金、 锆基合金或其它结构材料或复合物制成。主回路冷却管 90 传送的冷却剂可以是 惰性气体或惰性气体的混合物。可替代的是， 冷却剂可以是像 “轻” 水 (H2O) 或气态或超临 界二氧化碳 (CO2) 那样的其它流体。作为另一个例子， 冷却剂可以是液态金属。这样的液 态金属可以是像铅 - 铋 (Pb-Bi) 那样的铅 (Pi) 合金。并且， 冷却剂可以是像聚苯或碳氟化 合物那样的有机冷却剂。在本文公开的示范性实施例中， 冷却剂适当地可以是液态钠 (Na) 金属或像钠 - 钾 (Na-K) 那样的钠金属混合物。作为一个例子， 取决于特定反应堆堆芯设计 和运行历史， 钠冷却反应堆堆芯的正常运行温度可能相对较高。 例如， 在具有混合铀钚氧化 物燃料的 500 到 1,500 兆瓦钠冷却反应堆的情况下， 在正常运行期间反应堆堆芯出口温度 可以从约 510℃ ( 即， 950° F) 到约 550℃ ( 即， 1,020° F)。另一方面， 在 LOCA( 冷却剂丧 失事故 ) 或 LOFTA( 流量短暂丧失事故 ) 期间， 取决于反应堆堆芯设计和运行历史， 燃料包 壳峰温度可能达到约 600℃ ( 即， 1,110° F) 或更高。此外， 在 LOCA 后和 LOFTA 后情形期间 以及在反应堆暂停运行期间的衰变热积累可能造成不可接受的热积聚。因此， 在一些情况 下， 在正常运行情形和事故后情形两者期间控制到反应堆堆芯 20 的冷却剂流是合适的。
此外， 反应堆堆芯 20 中的温度曲线作为位置的函数而变。关于这方面， 反应堆堆 芯 20 中的温度分布可能紧跟反应堆堆芯 20 中的功率密度空间分布。众所周知， 在缺乏围 绕反应堆堆芯 20 周围的适当中子反射体或中子再生 “毯” 的情况下， 反应堆堆芯 20 中心附 近的功率密度一般高于反应堆堆芯 20 周围附近的功率密度。因此， 要预期， 反应堆堆芯 20 周围附近的核裂变模块 30 的冷却剂流参数将小于反应堆堆芯 20 中心附近的核裂变模块 30 的冷却剂流参数， 尤其在堆芯寿命刚开始时。因此， 在这种情况下， 将没有必要向每个核裂 变模块 30 提供相同或均匀冷却剂质量流速。如下文详述， 提供了如下的技术 ： 取决于核裂 变模块 30 在反应堆堆芯 20 中的位置和所希望的反应堆运行结果， 改变到各个核裂变模块 30 的冷却剂流。仍然参照图 1， 由于当前所述的原因， 反应堆堆芯 20 生成的带热冷却剂沿着冷却 剂流路径 95 流到中间热交换器 100。 沿着冷却剂流路径 95 流动的冷却剂流过中间热交换器 100， 流入与中间热交换器 100 相关联的增压室 105 中。 在流入增压室 (plenum volume)105 中之后， 如多个箭头 107 所示， 冷却剂继续流过主回路管道 90。可以懂得， 由于发生在中间 热交换器 100 中的热传导， 离开增压室 105 的冷却剂已经冷却了。第一泵 110 与主回路管 道 90 耦合， 并且与主回路管道 90 传送的反应堆冷却剂流体连通， 以便通过主回路管道 90， 通过反应堆堆芯 20， 沿着冷却剂流路径 95 将反应堆冷却剂抽运到中间热交换器 100， 并且 进入增压室 105 中。
再次参照图 1， 配备了从中间热交换器 100 中除去热量的副回路管道 120。副回路 管道 120 包含副 “热” 支路管段 130 和副 “冷” 支路管段 140。如图所示， 副冷支路管段 140 与副热支路管段 130 形成整体， 以便形成界定副回路管道 120 的闭合回路。 由副热支路管段 130 和副冷支路管段 140 界定的副回路管道 120 包含适当地可以是液态钠或液态钠混合物 的流体。由于刚描述过的原因， 副热支路管段 130 从中间热交换器 100 延伸到水蒸汽发生 器和过热器组合体 143( 下文称为 “水蒸汽发生器 143” )。在通过水蒸汽发生器 143 之后， 由于发生在水蒸汽发生器 143 内的热传导， 流过副回路管道 120 和离开水蒸汽发生器 143 的冷却剂处在比进入水蒸汽发生器 143 之前低的温度上。在通过水蒸汽发生器 143 之后， 沿着终止在中间热交换器 100 上的 “冷” 支路管段 140， 像通过第二泵 145 那样抽运冷却剂。 下文将立即一般地描述水蒸汽发生器 143 生成水蒸汽的方式。
还再次参照图 1， 处在水蒸汽发生器 143 中的是保持在预定温度和压强上的水体 150。 流过副热支路管段 130 的流体将它的热量交给处在比流过副热支路管段 130 的流体低 的温度上的水体 150。随着流过副热支路管段 130 的流体将它的热量交给水体 150， 一部分 水体 150 将按照水蒸汽发生器 143 内的温度和压强蒸发成水蒸汽 160。然后， 水蒸汽 160 将 通过水蒸汽管 170 行进， 水蒸汽管 170 的一端与水蒸汽 160 蒸气连通， 而另一端与水体 150 液体连通。旋转涡轮机 180 与水蒸汽管 170 耦合， 以便涡轮机 180 随着水蒸汽 160 从中通 过而旋转。像通过旋转涡轮机轴 195 那样与涡轮机 180 连接的发电机 190 随着涡轮机 180 旋转而发电。另外， 冷凝器 200 与水蒸汽管 170 耦合， 接收通过涡轮机 180 的水蒸汽。冷凝 器 200 使水蒸汽凝结成液态水， 并且将任何废热传递给像冷却塔 210 那样， 与反应堆 10 相 关联的散热器。通过插在冷凝器 200 与水蒸汽发生器 143 之间的第三泵 220， 将冷凝器 200 凝结的液态水沿着水蒸汽管 170 从冷凝器 200 抽运到水蒸汽发生器 143。
现在转到图 2， 3 和 4， 它们以横截面形式示出了核反应堆堆芯 20 的示范性配置。 关于这方面， 可以将核裂变模块 30 排列成为反应堆堆芯 20 界定统称为 230 的六角形状配 置。可替代的是， 可以将核裂变模块 30 排列成为反应堆堆芯 20 界定统称为 240 的圆柱形 状配置。作为另一种替代， 可以将核裂变模块 30 排列成为反应堆堆芯 20 界定统称为 250 的平行六面体状配置。关于这方面， 由于下文提供的原因， 反应堆堆芯 250 具有第一端 252 和第二端 254。
参照图 5， 与为反应堆堆芯 20 选择的配置无关， 将多根隔开、 纵向延伸和可纵向移 动控制棒 260 对称地布置在沿着预定数量核裂变模块 30 的长向延伸的控制棒导管或包壳 ( 未示出 ) 内。显示成布置在预定数量六角形状核裂变模块 30 中的控制棒 260 控制发生在 核裂变模块 30 中的中子裂变反应。控制棒 260 包含具有可接受大中子吸收截面的适当中子吸收材料。关于这方面， 吸收材料可以是从基本上由如下组成的群组中选择的金属或准 金属 ： 锂、 银、 铟、 镉、 硼、 钴、 铪、 镝、 钆、 钐、 铒、 铕及其混合物。可替代的是， 吸收材料可以是 从基本上由如下组成的群组中选择的化合物或合金 ： 银铟镉合金、 碳化硼、 二硼化锆、 二硼 化钛、 二硼化铪、 钛酸钆、 钛酸镝及其混合物。控制棒 260 可控制地向反应堆堆芯 20 提供负 反应。因此， 控制面板 260 向反应堆堆芯 20 提供反应管理能力。换句话说， 控制棒 260 能 够控制或配置成控制跨过反应堆堆芯 20 的中子通量曲线， 因此影响跨过反应堆堆芯 20 的 温度曲线。
参照图 5A 和 5B， 它们示出了核裂变模块 30 的可替代实施例。 可以懂得， 核裂变模 块 30 无需中子活化。换句话说， 核裂变模块 30 无需包含任何可裂变材料。在这种情况下， 核裂变模块 30 可以是纯反射组件或纯可增殖组件， 或两者的组合体。关于这方面， 核裂变 模块 30 可以是包含核再生材料的再生核裂变模块或包含反射材料的反射核裂变模块。可 替代的是， 在一个实施例中， 核裂变模块 30 可以与核再生棒或反射棒结合包含燃料棒 40。 例如， 在图 5A 中， 将多根可增殖核再生棒 270 与燃料棒 40 结合布置在核裂变模块 30 中。 也 可以存在控制棒 260。如上文所述， 核再生棒 270 中的可增殖核再生材料可以是钍 -232 和 铀 -238。这样， 核裂变模块 30 界定可增殖核再生组件。在图 5B 中， 将多根中子反射体棒 274 与燃料棒 40 结合布置在核裂变模块 30 中。也可以存在控制棒 260。反射材料可以是 从基本上由如下组成的群组中选择的材料 ： 铍 (Be)、 钨 (W)、 钒 (V)、 贫化铀 (U)、 钍 (Th)、 铅 合金及其混合物。此外， 反射棒 274 也可以从多种多样的钢合金中选择。这样， 核裂变模块 30 界定中子反射体组件。 核堆芯燃料管理方面的普通技术人员可以懂得， 核裂变模块 30 可 以包括核燃料棒 40、 控制棒 260、 再生棒 270 和反射棒 274 的任何适当组合。 图 5C 示出了前述反应堆堆芯 250 的另一个实施例。在图 5C 中， 围绕平行六面体 状反应堆堆芯 250 的周围内侧布置着包含具有可增殖材料的多个再生核裂变模块 276 的再 生毯。再生毯在其中再生可裂变材料。
返回到图 4， 与为核裂变模块 20 选择的配置无关， 可以将核裂变反应堆堆芯 20 配 置成像示范性反应堆堆芯 250 那样的行波核裂变反应堆堆芯。关于这方面， 将包括非限制 性地像 U-233、 U-235 或 Pu-239 那样的可核裂变材料的适中浓缩同位素的相对较小和可拆 除核裂变点火器 280 适当地放置在反应堆堆芯 250 中。只作为例子而非限制性地， 可以将 点火器 280 放置在与反应堆堆芯 250 的第二端 254 相对的第一端 252 附近。点火器 280 释 放出中子。点火器 280 释放的中子被核裂变模块 30 中的可裂变和 / 或可增殖材料捕获， 引 发链式裂变反应。如果需要的话， 一旦链式反应变成自持的， 就可以拆除点火器 280。
再次参照图 4， 点火器 280 引发具有宽度 “x” 的三维、 爆燃行波或 “燃烧波” 290。 当点火器 280 释放它的中子引起 “点火” 时， 燃烧波 290 从第一端 252 附近的点火器 280 向 外行进， 去往反应堆堆芯 250 的第二端 254， 以便形成传播燃烧波 290。换句话说， 每个核裂 变模块 30 都能够随着燃烧波 290 传过反应堆堆芯 250 而接收至少一部分燃烧行波 290。燃 烧行波 290 的速度可以是常数或非常数。因此， 可以控制燃烧波 290 传播的速度。例如， 以 预定或编程方式纵向移动前述控制棒 260( 参见图 5) 可以向下驱动或降低布置在核裂变模 块 30 中的燃料棒 40 的中子反应。这样， 相对于在燃烧波 290 前面的 “未燃烧” 燃料棒 40 的 中子反应相比向下驱动或降低了在燃烧波 290 的位置上当前正在燃烧的燃料棒 40 的中子 反应。这种结果给出了箭头 295 所指的燃烧波传播方向。
在 2006 年 11 月 28 日 以 RoderickA.Hyde 等 人 的 名 字 提 交 和 发 明 名 称 为 “Automated Nuclear Power Reactor For Long-Term Operation( 长期运行的自动核动力 反应堆 )” 的同时待审美国专利申请第 11/605,943 号中更详细地公开了这样行波核裂变反 应堆的基本原理， 该申请已转让给本申请的受让人， 在此通过引用将其整个公开文本并入 本文中。
参照图 6 和 7， 它们示出了直立相邻六角形状核裂变模块 30。虽然只示出了三个 相邻核裂变模块 30， 但应该明白， 在反应堆堆芯 20 中存在大量核裂变模块 30。另外， 每个 核裂变模块 30 包含多根前述燃料棒 40。 每个核裂变模块 30 被安装在水平延伸反应堆堆芯 下支撑板 360 上。反应堆堆芯下支撑板 360 跨过所有核裂变模块 30 延伸。由于下文提供 的原因， 反应堆堆芯下支撑板 360 具有从中通过的相对孔 (counter pore)370。相对孔 370 具有允许冷却剂流入的开口端 380。 跨过每个核裂变模块 30 的顶部或出口部分水平延伸和 可拆除地与之连接的是盖住每个核裂变模块 30 的反应堆堆芯上支撑板 400。 反应堆堆芯上 支撑板 400 还界定允许冷却剂从中流过的多个流槽 410。
如前所述， 与反应堆堆芯 20 选择的配置无关， 重要的是控制反应堆堆芯 20 和其中 的核裂变模块 30 的温度。 由于几方面原因， 适当的温度控制很重要。 例如， 如果峰温度超过 材料极限， 则可能对反应堆堆芯结构材料造成热损伤。这样的峰温度可能因改变了结构的 机械性质， 尤其与热蠕变有关的那些性质而非所希望地缩短了经受这样峰温度的结构的运 行寿命。此外， 反应堆功率密度受堆芯结构材料不受损伤地承受这样高温的能力限制。另 外， 反应堆 10 可以替代地用于进行像确定温度对反应堆材料的影响的测试那样的测试。控 制反应堆堆芯温度对于成功进行这样的测试是重要的。另外， 在缺乏围绕反应堆堆芯 20 周 围的中子反射体或中子再生毯的情况下， 驻留在反应堆堆芯 20 中心上或附近的核裂变模 块 30 可以生成比驻留在反应堆堆芯 20 周围上或附近的核裂变模块 30 多的热量。因此， 因 为在反应堆堆芯 20 的中心附近的较热核裂变模块 30 将牵涉到比反应堆堆芯 20 的周围附 近的核裂变模块 30 高的冷却剂质量流速， 所以跨过反应堆堆芯 20 提供均匀冷却剂质量流 速是不够的。本文的公开提供了处理这些关注的技术。
参考图 1， 6 和 7， 第一泵 110 和主回路 90 沿着流动箭头 420 所指的冷却剂流路径 或流体流将反应堆冷却剂输送给核裂变模块 30。然后， 反应堆冷却剂继续沿着冷却剂流路 径 420 流动， 流过在下支撑板 360 中形成的开口端 380。如下文更详细所述， 反应堆冷却剂 可以用于从处在燃烧行波 290 的位置上的核裂变模块 30 的所选几个中带走热量或冷却处 在燃烧行波 290 的位置上的核裂变模块 30 的所选几个。 如下文更详细所述， 核裂变模块 30 可以至少部分根据燃烧波 290 是否处在核裂变模块 30 内或附近， 是否在核裂变模块 30 内 或附近检测到， 或要不然是否驻留在核裂变模块 30 内或附近来选择。
再次参照图 1， 6 和 7， 为了达到冷却核裂变模块 30 的所选一个的所希望结果， 将 可调流量调节分组件 430 与核裂变模块 30 耦合。流量调节分组件 430 响应燃烧波 290( 参 见图 4) 相对于核裂变模块 30 的位置以及响应与核裂变模块 30 有关的某些运行参数控制 冷却剂的流量。换句话说， 流量调节分组件 430 能够或配置成当在核裂变模块 30 中存在较 小量的燃烧波 290( 即， 强度较小的燃烧波 290) 时， 将相对较少数量的冷却剂供应给核裂变 模块 30。另一方面， 流量调节分组件 430 能够或配置成当在核裂变模块 30 中存在较大量 的燃烧波 290( 即， 强度较大的燃烧波 290) 时， 将相对较多数量的冷却剂供应给核裂变模块30。燃烧波 290 的存在和强度可以通过热量生成速率、 中子通量水平、 功率水平或与核裂变 模块 30 有关的其它适当运行特性来识别。
参照图 7， 8， 8A， 8B， 8C， 和 8D， 可调流量调节分组件 430 通过相对孔延伸， 以便调节 进入核裂变模块 30 的流体流的流量。本领域的普通技术人员可以懂得， 为了调节流体流 420 的流量， 流量调节分组件 430 配备了可控流阻。 流量调节分组件 430 包含具有多条第一 管孔带 460 的大致圆柱形第一或外套管 450， 第一管孔带 460 界定围绕外套管 450 径向分布 的多个轴向隔开第一孔或第一可控流动缝隙 470 的各自几个。由于下文提供的原因， 外套 管 450 进一步包含可以具有六角形状横截面的第一接头 480。 由于下文提供的原因， 第一接 头 480 界定带螺纹内部空腔 500。
再次参照图 7， 8， 8A， 8B， 8C， 和 8D， 如下文更详细公开， 流量调节分组件 430 进一步 包含可螺旋地容纳到外套管 450 中的大致圆柱形第二或内套管 530。 在一个实施例中， 在制 造核裂变模块 30 期间可以使内套管 530 与核裂变模块 30 形成整体， 以便内套管 530 是核裂 变模块 30 的永久部分。在另一个实施例中， 内套管 530 可以可拆除地与核裂变模块 30 连 接， 以便内套管 530 可容易地与核裂变模块 30 分开， 因此不是核裂变模块 30 的永久部分。 在任一个实施例中， 内套管 530 都包含多条第二管孔带 540， 第二管孔带 540 界定围绕内套 管 530 径向分布的多个轴向隔开第二孔或第二可控流动缝隙 550 的各自几个。内套管 530 进一步包含尺寸做成可螺旋地容纳到属于外套管 450 的底部 490 的带螺纹内部空腔 500 中 的外部带螺纹第二接头 560。内套管 530 的顶部 570 包括筒帽 580， 如前所述， 筒帽 580 可 以永久地也可以不永久地与核裂变模块 30 形成整体。内孔 590 通过顶部 570 延伸， 包括通 过筒帽 580， 以便让冷却剂从中通过。与筒帽 580 和燃料棒 580 耦合的可以是具有内表面 605 的截头圆锥形漏斗部分 600， 截头圆锥形漏斗部分 600 与内孔 590 和筒体 43 的内部连 通， 以便使冷却剂从内孔 590 到燃料棒 40 驻留的筒体 43 地通过。如前所述， 核裂变模块 30 能够引起或配置成引起温度相关反应变化。因此， 流量控制调节分组件 430 至少部分配置 成通过控制到核裂变模块 30 的冷却剂流来控制核裂变模块 30 内的温度， 以便影响这样的 温度相关反应变化。
现在参照图 8A 和 8D， 外套管 450 的底部 490 包括统称为 606 的抗转配置， 以防止 外套管 450 相对于内套管 530 旋转。关于这方面， 外套管 450 界定像凹槽 607a 和 607b 那 样的多个凹槽， 以便配对地接纳与内套管 530 形成整体的多个突部 608a 和 608b 的各自一 个。因此， 随着外套管 450 旋转， 由于突部 608a 和 608b 分别与凹槽 607a 和 607b 的啮合， 防止了内套管 530 相对于外套管 450 旋转。
从图 8E 中可最佳看到， 第一接头 480 可相对于外套管 450 旋转。 关于这方面， 第一 接头 480 包括可滑动地容纳在在外套管 450 中形成的环形槽 608d 中的环形法兰 608c。这 样， 第一接头 480 可自由滑动地相对于外套管 450 旋转。第一接头 480 沿着弯曲箭头 608e 或 608f 所指的任一个方向可自由滑动地旋转。 此外， 随着第一接头 480 像沿着箭头 608e 的 方向那样， 沿着一个方面自动滑动地旋转， 带螺纹内部空腔 500 将可螺旋地与第二接头 560 的外螺纹啮合。可以懂得， 随着内部空腔 500 的螺纹可螺旋地与第二接头 560 的外螺纹啮 合， 第一接头 480 像在表面 608g 上那样紧靠第一套管 450， 随着第一接头 480 紧靠第一套 管 450， 第一套管 450 将在垂直箭头 408h 所指的方向沿着沿着其纵向轴向上平移或上升。 由于存在抗转配置 608， 第一套管 450 只在箭头 608h 的方向向上平移或上升。随着第一套管 450 向上平移或上升预定量， 第一孔 470 将逐渐被内套管 530 的第二管孔带 540 关闭， 覆 盖， 遮挡， 和要不然堵塞。此外， 可以懂得， 随着第一套管 450 向上平移或上升预定量， 第二 孔 550 将逐渐被外套管 450 的第一管孔带 460 关闭， 覆盖， 遮挡， 和要不然堵塞。以这种方 式逐渐关闭， 覆盖， 遮挡， 和要不然堵塞第一孔 470 和第二孔 550 可变地减小了冷却剂通过 第一孔 470 和第二孔 550 的流量。可以懂得， 第一接口 480 像沿着弯曲箭头 608f 的方向那 样， 沿着相反方向的旋转使第一孔 470 和第二孔 550 逐渐打开、 揭开、 揭露、 和要不然疏通， 以便可变地增加冷却剂通过第一孔 470 和第二孔 550 的流量。
因此， 参照图 7， 8， 8A， 8B， 8C， 8D， 8E， 9 和 10， 如当前所述， 通过使用两种不同部件 一外套管 450 和内套管 530， 至少部分实现了核裂变模块 30 中的流量控制。 如前所述， 当第 一次制造核裂变模块 30 时， 可以使内套管 530 与核裂变模块 30 形成整体。但是， 如果需要 的话， 内套管可以与核裂变模块 30 分开形成， 但与之连接， 而不是在第一次制造核裂变模 块 30 时， 与核裂变模块 30 形成整体。内套管 530 界定允许冷却剂通过进入核裂变模块 30 的多个第二孔 550。外套管 450 在内套管 530 的外面滑动， 具有相应多个第一孔 470。外套 管 450 和内套管 530 是同心的， 以及孔 470/550 总是对准的， 以便沿着径向或旋转轴匹配。 冷却剂的流量通过内套管 530 和外套管 450 在轴向或垂直方向的相对位置来控制。关于这 方面， 图 8B 示出了完全允许流体流入核裂变模块 30 中的完全打开配置下的流量调节分组 件 430， 而图 8C 示出了完全阻止流体流入核裂变模块 30 中的完全关闭配置下的流量调节分 组件 430。如前所述， 突部 608a 和 608b 与凹槽 607a 和 607b 的各自一个的啮合限制了外套 管 450 相对于内套管 530 的旋转。这种特征使外套管 450 在内套管 530 上轴向滑动， 但在 外套管 450 与内套管 530 之间没有相对旋转。冷却剂流的细调是通过外套管 450 相对于内 套管 530 的逐渐轴向滑动实现的。因此， 第一接头 480 沿着方向 608e 的旋转逐渐打开流量 调节分组件 430， 而第一接头 480 沿着方向 608f 的旋转逐渐关闭流量调节分组件 430， 从而 实现孔 470/550 的细调， 因此实现冷却剂流的细调。
从图 11 中可最佳看到， 可以存在像流量调节分组件 609a 和 609b 那样， 指定给单 个核裂变模块 30 的多个较小流量调节分组件。将多个较小流量调节分组件 609a 和 609b 指定给单个核裂变模块 30 提供了将冷却剂流提供给核裂变模块 30 的可替代配置。另外， 将多个较小流量调节分组件 609a 和 609b 指定给单独或单个核裂变模块 30 提供了充分控 制单独或单个核裂变模块 30 的不同部分内的温度分布的可能性。有这种可能是因为可以 分别控制通过每个较小流量调节分组件 609a 和 609b 的流体流量。
参照图 12， 13， 14， 15， 和 16， 它们示出了调整或调节进入核裂变模块 30 的冷却流 体流量的运行状态下的流量调节分组件 430。 如下文更充分公开， 流量调节分组件 430 和滑 架分组件 610 一起界定统称为 615 的流量控制组件。换句话说， 流量控制组件 615 包含流 量调节分组件 430 和滑架分组件 610。 关于这方面， 滑架分组件 610 被布置在像堆芯下支撑 板 360 的下面那样反应堆堆芯 20 的下面， 能够或配置成与流量调节分组件 430 耦合， 以便 调整流量调节分组件 430。 如前所述， 调整流量调节分组件 430 可以可变地控制进入核裂变 模块 30 的冷却剂流。此外， 如果需要的话， 滑架分组件 610 能够将外套管 450 传送到核裂 变模块 30。
参照图 13， 14， 15， 和 16， 现在描述滑架分组件 610 的配置。滑架分组件 610 包含 跨越反应堆堆芯 20 的长桥 620， 以便将多个可垂直移动套筒扳手 630 支撑在上面。由于下文公开的原因， 每个套筒扳手 630 具有转轴 700， 并且可移动地布置在套筒井 635 中， 与桥梁 620 的相对端连接的分别是第一移桥器 640a 和第二移桥器 640b。移桥器 640a 和 640b 可 通过电机 ( 未示出 ) 驱动的齿轮装置 ( 也未示出 ) 来操作。这样的电机可以位于反应堆堆 芯 20 的外部， 以避免像液态钠那样的冷却剂循环通过反应堆堆芯 20 引起的腐蚀作用和热 量。每个移桥器 640a 和 640b 分别至少包括一个轮子 650a 和 650b， 以便使移桥器 640a 和 640b 同时沿着横向隔开平行轨道 660a 和 660b 的各自一条移动。移桥器 640a 和 640b 能够 或配置成在箭头 663 所指的任一个方向沿着轨道 660a 和 660b 移动桥 620。与每一条轨道 660a 和 660b 连接的可以分别是轨道支撑体 665a 和 665b， 以便将轨道 660a 和 660b 支撑在 上面。
参照图 13， 14， 15， 16， 17， 和 18， 套筒扳手 630 被配置成在套筒井 635 中作垂直往 复运动， 与外套管 450 的第一接头 480 啮合和脱离。在滑架分组件 610 的一个实施例中， 将 数行套筒扳手 630 配置成受统称为 670 的导螺杆装置驱动。导螺杆装置 670 具有配置成可 螺旋地啮合围绕属于每个套筒扳手 630 的转轴 700 的外螺纹 690 的导螺杆 680。 导螺杆 680 可以由包含与导螺杆 680 耦合的机械连杆 707 的机械驱动系统 705 驱动。当机械连杆 707 驱动导螺杆 680 时， 由于导螺杆 680 与围绕转轴 700 的外螺纹 690 的螺纹啮合， 导螺杆 680 将转动或旋转转轴 700。如图所示， 当转轴 700 上部的六角形状凹处 700a 与六角形状第一 接头 480 啮合时， 转动或旋转转轴 700 将使第一第一接头 480 转动或旋转相同数量。
参照图 15 和 16， 现在描述有选择地升起和降低每根转轴 700 的方式。关于这方 面， 带外螺纹长机械连杆伸出部 708 与第一齿轮 709 啮合， 以便沿着弯曲箭头 709a 和 709b 的任一个方向旋转第一齿轮 709。例如， 随着机械连杆伸出部 708 沿着双头箭头 709c 所指 的方向之一平移， 第一齿轮 709 将像沿着箭头 709a 的方向那样， 沿着第一方向旋转。另一 方面， 随着机械连杆伸出部 708 沿着双头箭头 709c 所指的相反方向平移， 第一齿轮 709 将 像沿着箭头 709b 的方向那样， 沿着第二方向旋转。随着第一齿轮 709 像沿着箭头 709a 的 方向那样旋转， 带外螺纹最中心第一杆 709d 也旋转相同数量， 因为第一杆 709d 的外螺纹可 螺旋地与通过第一齿轮 709 的中心形成的内螺纹 ( 未示出 ) 啮合。第二齿轮 709e 具有通 过其中心形成的内螺纹 ( 未示出 )， 以便可螺旋地与第一杆 709d 的外螺纹啮合。因此， 随 着第一齿轮 709 旋转第一杆 709d， 由于第一杆 709d 与第二齿轮 709e 螺纹啮合， 所以第二 齿轮 709e 将沿着第一杆 709d 平移。第二齿轮 709e 沿着第一杆 709d 一直平移到预定一根 转轴 700 的位置。可以懂得， 第二齿轮 709e 的外螺纹或轮齿的间距是这样形成的， 那就是 不对围绕转轴 700 的外螺纹的间距产生干扰， 以便第二齿轮 709e 沿着第一杆 709e 的平移 可以不受妨碍地进行。由于当前所述的原因， 还配备了第三齿轮 709f。关于这方面， 第三 齿轮 709f 与布置在最中心第一杆 709d 的任一侧和与最中心第一杆 709d 相邻的长第二杆 709g 和长第三杆 709h 耦合。第三齿轮 709f 由前述机械连杆伸出部 708 驱动， 它可从与第 一齿轮 709 耦合的第一位置移动到与第三齿轮 709f 啮合的第二位置。随着第三齿轮 709f 旋转， 第二杆 709g 和第三杆 709h 将围绕第一杆 709d 的纵轴旋转， 以便使第二齿轮 709e 围 绕第一杆 709d 的纵轴旋转。随着第二齿轮 709e 旋转， 第二齿轮 709e 的外螺纹将可螺旋地 与转轴 700 的外螺纹啮合， 以便垂直平移转轴 700。这样， 使套筒扳手向上或向下平移。可 以懂得， 机械连杆伸出部 708 可以用第四齿轮 ( 未示出 ) 或滑轮皮带组件 ( 也未示出 ) 取 代。参照图 17， 18 和 19， 在滑架分组件 610 的另一个实施例中， 套筒扳手 630 可通过 与转轴 700 耦合的多台密封、 可逆第一电动机 710 的各自一个分别旋转和轴向平移。第一 电动机 710 是密封的， 可以气冷， 以保护第一电动机 710 免受可以是液态钠或液态钠混合物 的冷却剂的腐蚀作用和热量影响。第一电动机 710 被配置成有选择地垂直移动转轴 700。 电机 710 从电机 710 的转子可以沿着第一方向或与第一方向相反的第二方向运转， 以便分 别向上或向下移动转轴 700 的意义上来讲是可逆的。机械驱动系统 705 或电机 710 的运转 可适当地通过与之耦合的控制器或控制单元 720 来控制。每台电机 710 可以是像可以从设 在美国纽约哈帕克的 ARC 系统公司 (ARC Systems， Incorporated， Hauppauge， New York， USA) 购买到那样的定制直流伺服电机。控制器 720 可以是像可以从设在美国伊利诺伊州 芝加哥市的宝鼎电气公司 (Bodine Electric Company， Chicago， Illinois， USA) 购买到那 样的定制电机控制器。按照另一个实施例， 套筒扳手 630 可通过无线电发射器 - 接收器装 置分别移动， 该无线电发射器 - 接收器装置包括可通过接收无线电发射器 740 发射的射频 信号分别运转的多台密封、 气冷、 可逆第二电动机 730。第二电动机 730 是密封的， 可以气 冷， 以保护第二电动机 730 免受钠冷却剂的腐蚀作用和热量影响。第二电动机 730 的电源 可以是电池或其它供电设备 ( 未示出 )。配置成接收这样无线电信号的第二电动机 730 和 无线电发射器 740 可以是可以从设在加拿大安大略省的 Myostat 电机控制公司 (Myostat Motion Control， Incorporated， Ontario， Canada) 购买到的定制电机和发射器。按照另一 个实施例， 套筒扳手 630 可通过统称为 742 的光纤发射器 - 接收器装置分别移动， 该光纤发 射器 - 接收器装置 742 具有多根光纤缆线 745， 以便通过光透射运转可逆电机装置。
从图 14 中可最佳看到， 流量控制组件 615， 因此流量调节分组件 433 能够按照或 响应与核裂变模块 30 有关的运行参数运行。关于这方面， 可以将至少一个传感器 750 布 置在核裂变模块 30 中， 以感测运行参数的状态。传感器 750 感测的运行参数可以是核裂 变模块 30 中的当前温度。可替代的是， 传感器 750 感测的运行参数可以是核裂变模块 30 中的以前温度。为了感测温度， 传感器 750 可以是可以从设在美国佐治亚州阿尔法利塔的 Thermocoax 公司 (Thermocoax， Incorporated， Alpharetta， Georgia U.S.A.) 购买到的热 电偶设备或温度传感器。作为另一种替代， 传感器 750 感测的运行参数可以是核裂变模块 30 中的中子通量。为了感测中子通量， 传感器 750 可以是像可以从英国萨里 Centronic 大 厦 (Centronic House， Surrey， England) 购买到那样的 “PN9EB20/25” 中子通量正比计数探 测器。 作为另一个例子， 传感器 750 感测的运行参数可以是核裂变模块 30 中的特征同位素。 特征同位素可以是裂变产物、 活化同位素、 通过再生形成的蜕变同位素或其它特征同位素。 另一个例子是传感器 750 感测的运行参数可以是核裂变模块 30 中的中子注量。如技术上 众所周知， 中子注量被定义成在某个时段上积分的中子通量， 代表在那个时间期间通过的 单位面积中子数。作为又一个例子， 传感器 750 感测的运行参数可以是裂变模块压强， 在正 常运行期间， 该裂变模块压强可以是对于示范性钠冷却反应堆约 10 巴 ( 即， 约 145psi( 磅 每平方英寸 ))， 或对于示范性加压 “轻” 水冷却反应堆约 138 巴 ( 即， 约 2000psi) 的动态 流体压强。可替代的是， 传感器 750 感测的裂变模块压强可以是静态流体压强或裂变产物 压强。为了感测动态或裂变模块压强， 传感器 750 可以是可以从设在美国科罗拉多州科罗 拉多斯普林斯的卡曼测量系统公司 (Kaman Measuring Systems， Incorporated， Colorado Springs， Colorado USA) 购买到的定制压强探测器。作为另一种替代， 传感器 750 可以是像 “BLANCETT 1100 涡轮流量计” 那样， 可以从设在美国佛蒙特州威利斯顿的仪器公司 (Instrumart， Incorporated， Williston， Vermont U.S.A.) 购买到的适当流量计。另外， 传 感器 750 感测的运行参数可以通过适当基于计算机算法确定。可以实现多种多样的算法， 包括像理想气体定律 PV ＝ nRT， 或从像流量、 温度、 电性质等那样的其它性质的直接或间接 测量中产生指示压强或温度的信号的已知算法那样的那些算法。按照又一个例子， 运行参 数可以是操作人员开始采取的行动。也就是说， 流量调节分组件 430 能够响应操作人员确 定的任何适当运行参数来调整。并且， 流量调节分组件 430 能够响应通过适当反馈控制确 定的运行参数来调整。此外， 流量调节分组件 430 能够响应自动控制系统确定的运行参数 来调整。此外， 流量调节分组件 430 能够响应衰变热的变化来调整。关于这方面， 衰变热在 燃烧波 290( 参见图 4) 的 “尾部” 减小了。检测燃烧波 290 的尾部的存在可以用于随时间降 低冷却剂流速， 以便顾及在燃烧波 290 的尾部发现的这种衰变热的减小。当核裂变模块 30 驻留在燃烧波 290 后面时， 情况尤其如此。在这种情况下， 流量调节分组件 430 顾及核裂变 模块 30 的衰变热随着核裂变模块 30 相对于燃烧波 290 的距离变化而变化。感测这样运行 参数的状态可以有助于适当控制和调整流量控制组件 615 的运行， 因此适当控制和调整反 应堆堆芯 20 中的温度。
参照图 14， 15， 17， 18 和 19， 从下文的描述中应该明白， 流量调节分组件 430 可按照 控制器 720 和 740 的预定输入重新配置， 以便控制器 720 和 740 与流量调节分组件 430 结合 适当控制流体流量。也就是说， 控制器 720 和 740 的预定输入是前述传感器 750 产生的信 号。例如， 控制器 720 和 740 的预定输入可以是前述热电偶或温度传感器产生的信号。可 替代的是， 控制器 720 和 740 的预定输入可以是前述流体流量计产生的信号。作为另一种 替代， 控制器 720 和 740 的预定输入可以是前述中子通量探测器产生的信号。作为另一个 例子， 控制器 720 和 740 接收的信号可能已经经过反应堆控制系统 ( 未示出 ) 处理。例如， 这样反应堆控制系统产生的信号可以来自计量仪或探测器， 并且经过反应堆控制室中的计 算机或操作人员处理， 然后输出到滑架分组件 610， 以便移动桥梁 620 和套筒扳手 640 来操 作流量调节分组件 430。
参照图 4， 10 和 14， 本领域的普通技术人员应该明白， 根据本文的教导， 流量控制 组件 615 能够按照燃烧行波 290 到达和 / 或离开核裂变模块 30 的时间控制和调节冷却剂 的流量。此外， 流量控制组件 615 能够按照燃烧行波 290 接近核裂变模块 30 或在核裂变模 块 30 附近的时间控制和调节冷却剂的流量。流量控制组件 615 还能够按照燃烧波 290 的 前述宽度 “x” 控制和调节冷却剂的流量。随着燃烧波 290 通过核裂变模块 30 行进， 燃烧波 290 的到达和离开通过感测前述运行参数的任何一个来检测。 例如， 流量控制组件 615 能够 按照在核裂变模块 30 中感测的热量生成速率控制和调节冷却剂的流量。对于本领域的普 通技术人员来说应该显而易见， 在一些情况下， 仅仅输入信号就可以控制流量控制组件 615 以及核裂变模块 30 中的相关流体流量的调整。
参照图 14 和 15， 如前所述， 操作流量控制组件 615 以便向核裂变模块 30 的所选一 个提供可变流体流量。核裂变模块 30 是根据核裂变模块 30 中的运行参数 ( 例如， 温度 ) 的期望值与在核裂变模块 30 中感测的运行参数的实际值的比较选择的。如当前更详细描 述， 调整到核裂变模块 30 的流体流量以便使运行参数的实际值与运行参数的期望值基本 一致。 为了实现这一结果， 通过同时致动移桥器 640a 和 640b 使属于滑架分组件 630 的桥梁620 沿着轨道 660a 和 660b 行进。随着桥梁 620 沿着轨道 660a 和 660b 行进， 桥梁 620 将在 堆芯下支撑板 360 的下面行进。如当前更充分描述， 桥梁 620 最终根据核裂变模块 30 中的 传感器 750 感测的运行参数的实际值与核裂变模块 30 的运行参数的期望值的比较使它的 行进停止在堆芯下支撑板 360 下面的预定位置上。移桥器 640a 和 640b 的行进的启动和范 围可以像通过控制器 720 或 740 那样， 通过适当控制器来控制。关于这方面， 控制器 720 或 740 将根据多个核裂变模块 30 的所选一个的位置停止桥梁 620 的行进。如上文所述， 要调 整的核裂变模块 30 可以根据在传感器 750 感测的运行参数的实际值与核裂变模块 30 的运 行参数的期望值之间是否基本一致来选择。接着， 使多个六角形套筒扳手 630 的所选一个 垂直向上移动以便配对地与六角形第一接头 480 啮合。在套筒扳手 630 与第一接头 480 啮 合之后， 使转轴 700 旋转， 以便使套筒扳手 630 旋转。使转轴 700 旋转是通过与控制器 720 或 740 耦合的前述导螺杆装置 670、 第一电动机 710 或第二电动机 730 实现的。
参照图 7， 8， 8A， 8B， 8C， 8D， 8E， 9， 10， 11， 12， 13， 14， 15， 16， 17， 18 和 19， 在与第一接 头 480 啮合之后， 套筒扳手 630 沿着第一方向的旋转使第一或外套管 450 沿着相同第一方 向旋转。随着外套管 450 旋转， 由于属于外套管 450 的第一接头 480 和属于内套管 530 的 第二接头 560 的啮合， 外套管 450 将可轴向滑动地沿着内套管 530 的外部上升。随着外套 管 450 沿着内套管 530 向上滑动， 外套管 450 的第一管孔带 460 将逐渐关闭， 覆盖， 遮挡， 或 要不然堵塞内套管 530 的第二孔 550， 和内套管 530 的第二管孔带 540 将同时逐渐关闭， 覆 盖， 遮挡， 或要不然堵塞外套管 450 的第一孔 470。逐渐关闭， 覆盖， 遮挡， 或要不然堵塞第 一孔 470 和第二孔 550 可变地减小了通过第一孔 470 和第二孔 550 的冷却剂的流量。在这 种情况下， 为了让冷却剂完全流过， 第二孔 550 和第一孔 470 以前可能是对准的。可替代的 是， 为了让冷却剂部分流过， 第二孔 550 和第一孔 470 以前可能是部分对准的。
再次参照图 7， 8， 8A， 8B， 8C， 8D， 8E， 9， 10， 11， 12， 13， 14， 15， 16， 17， 18 和 19， 在与第 一接头 480 啮合之后， 套筒扳手 630 沿着与第一方向相反的第二方向的旋转使第一或外套 管 450 沿着第二方向旋转。 随着外套管 450 旋转， 由于属于外套管 450 的第一接头 480 和属 于内套管 530 的第二接头 560 的啮合， 外套管 450 将可轴向滑动地沿着内套管 530 的外部 下降。随着外套管 450 沿着内套管 530 向下滑动， 外套管 450 的第一管孔带 460 将逐渐打 开、 揭开、 揭露和要不然疏通内套管 530 的第二孔 550， 和内套管 530 的第二管孔带 540 将同 时逐渐打开、 揭开、 揭露和要不然疏通外套管 450 的第一孔 470。逐渐打开、 揭开、 揭露和要 不然疏通第一孔 470 和第二孔 550 可变地增大了通过第一孔 470 和第二孔 550 的冷却剂的 流量。在这种情况下， 为了限制或不允许冷却剂流过， 第二孔 550 和第一孔 470 以前可能是 未对准的。可替代的是， 为了部分限制或部分不允许冷却剂流过， 第二孔 550 和第一孔 470 以前可能是部分未对准的。
因此， 包括流量调节分组件 430 和滑架分组件 610 的流量控制组件 615 的使用逐 个模块地 ( 即， 逐个燃料组件地 ) 实现了可变冷却剂流。这使得可以按照反应堆堆芯 20 中 燃烧波 290 的位置或非均匀温度分布跨过反应堆堆芯 20 地改变冷却剂流。
例示性方法
现在描述与核裂变反应堆和流量控制组件的示范性实施例相关联的例示性方法。
参照图 20A-20S， 它们提供了运行核裂变反应堆的例示性方法。
现在转到图 20A， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 760 从方块 770 开始。 在方块 780 中， 该方法包含在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。 在方块 790 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作流量控制组件以便调节流体的流量。在方块 800 中 结束该方法。
在图 20B 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 810 从方块 820 开始。在方块 830 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 840 中， 响应相对 于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在方 块 850 中， 操作流量调节分组件。在方块 860 中结束该方法。
在图 20C 中， 运行核裂变反应堆的另一种例示性方法 870 从方块 880 开始。在方 块 890 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 900 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 910 中操作流量调节分组件。在方块 920 中， 按照与核裂变模块相关联的运行参数操 作流量调节分组件。在方块 930 中结束该方法。
在图 20D 中， 运行核裂变反应堆的进一步例示性方法 940 从方块 950 开始。在方 块 960 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 970 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 980 中操作流量调节分组件。在方块 990 中， 响应与核裂变模块相关联的运行参数调 整流量调节分组件。在方块 1000 中结束该方法。
在图 20E 中， 运行核裂变反应堆的另一种例示性方法 1010 从方块 1020 开始。在 方块 1030 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1040 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流 量。在方块 1050 中操作流量调节分组件。在方块 1060 中， 按照流量调节分组件的预定输 入重新配置流量调节分组件。在方块 1070 中结束该方法。
在图 20F 中， 运行核裂变反应堆的又一种例示性方法 1080 从方块 1090 开始。在 方块 1100 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1110 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流 量。在方块 1120 中操作流量调节分组件。在方块 1130 中， 实现可控流阻。在方块 1140 中 结束该方法。
在图 20G 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1150 从方块 1160 开始。 在方块 1170 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1180 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1190 中操作流量调节分组件。在方块 1200 中， 将第二套管插入第一套管中， 第一套管 具有第一孔， 和第二套管具有可与第一孔对准的第二孔。在方块 1210 中结束该方法。
在图 20H 中， 运行核裂变反应堆的另一种例示性方法 1220 从方块 1230 开始。在 方块 1240 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1250 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流 量。在方块 1260 中操作流量调节分组件。在方块 1270 中， 操作与流量调节分组件耦合的 滑架分组件。在方块 1280 中结束该方法。
在图 20I 中， 运行核裂变反应堆的另外例示性方法 1290 从方块 1300 开始。 在方块 1310 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1320 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1330 中操作流量调节分组件。在方块 1340 中， 将温度传感器与核裂变模块和流量调 节分组件耦合。在方块 1350 中结束该方法。
在图 20J 中， 运行核裂变反应堆的进一步例示性方法 1360 从方块 1370 开始。在 方块 1380 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1390 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流 量。在方块 1400 中， 通过按照燃烧波到达相对于核裂变模块的位置的位置的时间操作流量 控制组件， 响应相对于核裂变模块的位置的位置控制流体的流量。在方块 1410 中结束该方 法。
在图 20K 中， 运行核裂变反应堆的又一种例示性方法 1420 从方块 1430 开始。在 方块 1440 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1450 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流 量。在方块 1460 中， 通过按照燃烧波离开相对于核裂变模块的位置的时间操作流量控制组 件， 响应相对于核裂变模块的位置控制流体的流量。在方块 1470 中结束该方法。
在图 20L 中， 运行核裂变反应堆的另一种例示性方法 1480 从方块 1490 开始。在 方块 1500 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1510 中， 响应相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流 量。在方块 1520 中， 通过按照燃烧波接近相对于核裂变模块的位置的时间操作流量控制组 件， 响应相对于核裂变模块的位置控制流体的流量。在方块 1530 中结束该方法。
在图 20M 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1540 从方块 1550 开始。 在方块 1560 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1570 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1580 中， 按照燃烧波的宽度控制流体的流量。在方块 1590 中结束该方法。
在图 20N 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1600 从方块 1610 开始。 在方块 1620 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1630 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1640 中， 通过按照核裂变模块中的热量生成速率操作流量控制组件控制流体的流量。 在方块 1650 中结束该方法。
在图 20O 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1660 从方块 1670 开始。在方 块 1680 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1690 中， 响应 相对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。 在方块 1700 中， 通过按照核裂变模块中的温度操作流量控制组件控制流体的流量。在方块 1710 中结束该方法。
在图 20P 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1720 从方块 1730 开始。 在方块 1740 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1750 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1760 中， 通过按照核裂变模块中的中子通量操作流量控制组件控制流体的流量。在方 块 1770 中结束该方法。
在图 20Q 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1780 从方块 1790 开始。 在方块1800 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1810 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1820 中， 在相对于核裂变燃料组件的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1830 中结束该方法。
在图 20R 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1840 从方块 1850 开始。 在方块 1860 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1870 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1880 中， 在相对于可增殖核再生组件的位置上产生至少一部分燃烧行波。 在方块 1890 中结束该方法。
在图 20S 中， 运行核裂变反应堆的一种例示性方法 1900 从方块 1910 开始。 在方块 1920 中， 在相对于核裂变模块的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1930 中， 响应相 对于核裂变模块的位置， 操作与核裂变模块耦合的流量控制组件以便调节流体的流量。在 方块 1940 中， 在相对于中子反射体组件的位置上产生至少一部分燃烧行波。在方块 1950 中结束该方法。
参照图 21A-21H， 它们提供了组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的例示性 方法。
现在转到图 21A， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的一种例示性方法 1960 从方块 1970 开始。在方块 1980 中接纳流量调节分组件。在方块 1990 中结束该方法。
在图 21B 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的另一种例示性方法 2000 从方块 2010 开始。在方块 2020 中接纳滑架分组件。在方块 2030 中结束该方法。
在图 21C 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的另一种例示性方法 2040 从方块 2050 开始。在方块 2060 中接纳流量调节分组件。在方块 2070 中接纳具有第一孔 的第一套管。在方块 2080 中， 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具有可与第一孔对准 的第二孔， 和第一套管被配置成可旋转， 以便将第一孔旋转成与第二孔对准。在方块 2090 中， 将滑架分组件与流量调节分组件耦合。在方块 2100 中结束该方法。
在图 21D 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的又一种例示性方法 2110 从方块 2120 开始。在方块 2130 中接纳流量调节分组件。在方块 2140 中接纳具有第一孔 的第一套管。在方块 2150 中， 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具有可与第一孔对准 的第二孔。在方块 2160 中， 将滑架分组件与流量调节分组件耦合。在方块 2170 中， 将滑架 分组件与流量调节分组件耦合， 以便滑架分组件将流量调节分组件传送到燃料组件。在方 块 2180 中结束该方法。
在图 21E 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的进一步例示性方法 2190 从方块 2200 开始。在方块 2210 中接纳流量调节分组件。在方块 2220 中接纳具有第一孔 的第一套管。在方块 2230 中， 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具有可与第一孔对准 的第二孔。在方块 2240 中， 将滑架分组件与流量调节分组件耦合。在方块 2250 中， 将滑架 分组件与流量调节分组件耦合， 以便通过导螺杆装置驱动滑架分组件。在方块 2260 中结束 该方法。
在图 21F 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的一种例示性方法 2270 从 方块 2280 开始。在方块 2290 中接纳流量调节分组件。在方块 2300 中接纳具有第一孔的第一套管。在方块 2310 中， 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具有可与第一孔对准的 第二孔， 和第一套管被配置成可旋转， 以便将第一孔旋转成与第二孔对准。在方块 2320 中， 将滑架分组件与流量调节分组件耦合。在方块 2330 中， 耦合滑架分组件， 以便通过可逆电 机装置驱动滑架分组件。在方块 2340 中结束该方法。
在图 21G 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的一种例示性方法 2350 从 方块 2360 开始。在方块 2370 中接纳流量调节分组件。在方块 2380 中接纳具有第一孔的 第一套管。在方块 2390 中， 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具有可与第一孔对准的 第二孔， 和第一套管被配置成可旋转， 以便将第一孔旋转成与第二孔对准。在方块 2400 中， 将滑架分组件与流量调节分组件耦合。在方块 2410 中， 耦合滑架分组件， 以便通过使可逆 电机装置运转的无线电发射器 - 接收器装置至少部分控制滑架分组件。在方块 2415 中结 束该方法。
在图 21H 中， 组装用在核裂变反应堆中的流量控制组件的一种例示性方法 2420 从 方块 2430 开始。在方块 2440 中接纳流量调节分组件。在方块 2450 中接纳具有第一孔的 第一套管。在方块 2460 中， 将第二套管插入第一套管中， 第二套管具有可与第一孔对准的 第二孔， 和第一套管被配置成可旋转， 以便将第一孔旋转成与第二孔对准。在方块 2470 中， 将滑架分组件与流量调节分组件耦合。在方块 2480 中， 耦合滑架分组件， 以便通过使可逆 电机装置运转的光纤发射器 - 接收器装置至少部分控制滑架分组件。在方块 2490 中结束 该方法。
本领域的技术人员应该认识到， 本文所述的部件 ( 例如， 操作 )、 设备、 对象和伴随 它们的讨论用作澄清概念的例子， 可以设想出各种配置变型。因此， 如本文所使用， 展示的 特定例子以及伴随的讨论旨在代表它们的更一般类别。一般说来， 任何特定例子的使用都 旨在代表它的类别， 以及特定部件 ( 例如， 操作 )、 设备、 和对象的未包括不应该看作是限制 性的。
此外， 本领域的技术人员可以懂得， 前述的特定示范性过程、 设备和 / 或技术代表 像在随本文提交的权利要求书中和 / 或本申请中的其它地方那样， 在本文其它地方讲述的 更一般过程、 设备和 / 或技术。
虽然已经显示和描述了本文所述的当前主题的特定方面， 但对于本领域的技术人 员来说， 显而易见， 可以根据本文的教导， 不偏离本文所述的主题及其更宽广方面地作出改 变和修改， 因此， 所附权利要求书将像在本文所述的主题的真正精神和范围之内那样的所 有改变和修改都包括在它的范围之内。本领域的技术人员应该明白， 一般说来， 用在本文 中， 尤其用在所附权利要求书 ( 例如， 所附权利要求书的主要部分 ) 中的术语一般旨在作为 “开放” 术语 ( 例如， 动名词术语 “包括” 应该理解为动名词 “包括但不限于” ， 术语 “具有” 应 该理解为 “至少具有” ， 动词术语 “包括” 应该理解为动词 “包括但不限于” 等 )。本领域的技 术人员还应该明白， 如果有意表示特定数量的所介绍权利要求列举项， 则在权利要求中将 明确列举这样的意图， 而在缺乏这样的列举的情况下， 则不存在这样的意图。例如， 为了帮 助人们理解， 如下所附权利要求书可能包含使用介绍性短语 “至少一个” 和 “一个或多个” 来 介绍权利要求列举项。但是， 即使同一个权利要求包括介绍性短语 “一个或多个” 或 “至少 一个” 以及像 “一个” 或 “一种” ( 例如， “一个” 和/或 “一种” 通常应该理解成 “至少一个” 或 “一个或多个” 的意思 ) 那样的不定冠词， 这样短语的使用也不应该理解成暗示着通过不定冠词 “一个” 或 “一种” 介绍权利要求列举项将包含这样介绍权利要求列举项的任何特定 权利要求限制在只包含一个这样列举项的权利要求上 ； 对于用于介绍权利要求列举项的定 冠词的使用， 这同样成立。另外， 即使明确列举了特定数量的所介绍权利要求列举项， 本领 域的技术人员也应该认识到， 这样的列举通常应该理解成至少具有所列举数量的意思 ( 例 如， 在没有其它修饰词的情况下， 仅列举 “两个列举项” 通常意味着至少两个列举项， 或两个 或更多个列举项 )。而且， 在使用类似于 “A、 B、 和 C 等的至少一个” 的习惯用法的那些情况 下， 一般说来， 这样的习惯用法旨在本领域的技术人员理解该习惯用法的意义上使用 ( 例 如， “具有 A、 B、 和 C 的至少一个的系统” 将包括但不限于只具有 A， 只具有 B， 只具有 C， 一起 具有 A 和 B， 一起具有 A 和 C， 一起具有 B 和 C， 和 / 或一起具有 A、 B 和 C 等的系统 )。在使 用类似于 “A、 B、 或 C 等的至少一个” 的习惯用法的那些情况下， 一般说来， 这样的习惯用法 旨在本领域的技术人员理解该习惯用法的意义上使用 ( 例如， “具有 A、 B、 或 C 的至少一个 的系统” 将包括但不限于只具有 A， 只具有 B， 只具有 C， 一起具有 A 和 B， 一起具有 A 和 C， 一 起具有 B 和 C， 和 / 或一起具有 A、 B 和 C 等的系统 )。本领域的技术人员还应该明白， 通常， 无论在描述、 权利要求书还是附图中， 出现两个或更多个可替代项目的分隔词和 / 或短语 应该理解成具有包括这些项目之一， 这些项目的任一个， 或两个项目的可能性， 除非上下文 另有所指。例如， 短语 “A 或 B” 通常理解成包括 “A” ， “B” 或 “A 和 B” 的可能性。 关于所附权利要求书， 本领域的技术人员可以懂得， 本文所列举的操作一般可以 按任何次序执行。此外， 尽管各种操作流程按顺序展示出来， 但应该明白， 各种操作可以按 与所例示的次序不同的其它次序执行， 或者可以同时执行。这样可替代排序的例子可以包 括重叠、 交错、 截断、 重排、 递增、 预备、 补充、 同时、 反向、 或其它衍生排序， 除非上下文另有 所指。而且， 像 “对 ... 敏感” 、 “与 ... 有关” 或其它过去式形容词那样的术语一般无意排 斥这样的衍生， 除非上下文另有所指。
因此， 所提供的是核裂变反应堆、 流量控制组件、 其方法以及流量控制组件系统。
虽然本文公开了各种方面和实施例， 但其它方面和实施例对于本领域的技术人员 来说是显而易见的。 例如， 可以用水平布置细孔板取代流量调节分组件， 细孔板具有多个穿 过的细孔。可以将多个可分别致动挡片与细孔的相应一个相联系， 这些挡片能够逐渐关闭 和打开细孔， 以便调节或调整到核裂变模块的冷却剂的流量。
另外， 从本文的教导中可以懂得， 与公开在上文引用的现有专利中的设备不同， 本 公开的流量控制组件和系统动态地改变流体的流量， 避免了对控制流体流量的结构材料的 不同和精确设定中子诱发增长性质的依赖， 并且如果需要的话， 可以在反应堆运行期间动 态地改变。
此外， 本文公开的各种方面和实施例用于例示的目的， 而无意限制本发明的范围， 本发明的真正范围和精神由如下权利要求书指出。