镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆

本发明涉及的是一种核能应用领域的技术，具体是一种镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆。

背景技术：

1、未来核反应堆向着小型化、多用途、高效率发展，在深海、深空等领域起着越来越重要的作用。传统的液态金属材料(钠、铅、铅铋合金等)作为核反应堆冷却剂具有热工特性良好、中子经济性较好等优势。然而，钠的化学性质活泼；铅基冷却剂在低温下容易发生凝固，会产生放射性剧毒物质po；且铅的密度大，不利于实现小型反应堆的轻量化。针对模块化小型反应堆轻量化、灵活性以及安全性的设计特点，提出一种镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆设计方案。

技术实现思路

1、本发明针对现有钠冷却剂性质活泼以及铅基冷却剂在低温下易发生凝固等问题，提出一种镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，利用镓金属的物理化学特性以及小型核反应堆的设计理念，采用镓金属作为冷却剂，显著提升了兆瓦级小型模块化反应堆的应用可行性。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，包括：充有镓金属冷却剂的压力容器和设置于其内部用于反应性控制和紧急停堆使用的控制棒和换热器，其中：堆芯部分位于控制棒的底部、控制棒的侧面设有流动挡板，堆芯内部的低温的镓金属冷却剂从反应堆底部流入，经过反应堆堆芯活性区将裂变产生的能量带出；高温的镓金属冷却剂由活性区流出，并在换热器内将热量与热电转换系统的换热工质进行交换，热量交换后的低温镓金属冷却剂从热交换器向下流出，而得到热量的换热工质则进入热电转换部分将堆芯产生的热能转化为电能。整个兆瓦级反应堆由压力容器进行封闭。

4、所述的热电转换系统的换热工质可根据实际情况需要进行替换，如采用超临界co2。

5、技术效果

6、本发明采用镓作为兆瓦级小型模块化反应堆的冷却剂，通过六角型结构的镓冷兆瓦级小型模块化反应堆结合合理的堆芯设计，实现小型模块化反应堆的轻量化、利用镓密度和熔点相对较低、沸点高、融化后不易凝固的优势，可以保证堆芯的安全特性，降低反应堆的维护成本。该堆芯设计方案可保证堆芯在1-20mwe的工况下维持5-10年时间的运行。

技术特征：

1.一种镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，其特征在于，包括：充有镓金属冷却剂的压力容器和设置于其内部用于反应性控制和紧急停堆使用的控制棒和换热器，其中：堆芯部分位于控制棒的底部、控制棒的侧面设有流动挡板，低温的镓金属冷却剂从反应堆底部流入，经过反应堆堆芯活性区将裂变产生的能量带出；高温的镓金属冷却剂从换热器流入后将热量与作为换热工质的镓金属冷却剂进行交换，热量交换后的低温镓金属冷却剂从热交换器向下流出，而得到热量的换热工质则进入热电转换部分将堆芯产生的热能转化为电能。整个兆瓦级反应堆由压力容器进行封闭。

2.根据权利要求1所述的镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，其特征是，所述的堆芯部分，采用主泵进行驱动或依靠自然循环进行驱动。

3.根据权利要求1或2所述的镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，其特征是，所述的堆芯部分为正六边形结构，由外而内依次包括若干反射层组件组成的六边形阵列和若干堆芯燃料组件组成的六边形阵列。

4.根据权利要求3所述的镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，其特征是，堆芯活性区由燃料组件部分组成，活性区在轴向上的高度为150～300cm，在堆芯的轴向方向的上下两侧分别设计有50cm高的beo反射层。

5.根据权利要求3所述的镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，其特征是，每个堆芯燃料组件包括六边形结构的组件壁以及若干以六边形方式排布于其内的燃料棒，镓金属冷却剂充满于燃料棒之间的区域；

6.根据权利要求5所述的镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，其特征是，所述的燃料，采用uo2或mox燃料，其燃料富集度设置为15.0％～19.5％。

技术总结
一种镓金属冷却的兆瓦级小型模块化核反应堆，包括：充有镓金属冷却剂的压力容器和设置于其内部用于反应性控制和紧急停堆使用的控制棒和换热器，其中：堆芯部分位于控制棒的底部、控制棒的侧面设有流动挡板，本发明利用镓金属的物理化学特性以及小型核反应堆的设计理念，采用镓金属作为冷却剂，显著提升了兆瓦级小型模块化反应堆的应用可行性。

技术研发人员：刘晓晶,张滕飞,孙启政
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15