一种基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆

本申请涉及反应堆安全，特别是涉及一种基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆。

背景技术：

1、由于空间核反应堆系统需要尽可能实现小型化和轻量化的目标，以满足航天任务对尺寸和质量的约束，传统的堆内控制棒等方式对小型化空间堆而言会带来较大的堆芯中子场扰动，而堆外利用反射层与控制鼓等方案时也需要考虑兼顾在相关系统失效工况下的控制安全。此外，目前的空间反应堆通常设计为装载含有高富集度的235u的核燃料，并设计为快堆运行模式，为保证在空间失重或微重力、宇宙射线辐射、低温等极端空间环境下，反应堆长期稳定的安全运行与能源供给，并兼顾小型化与轻量化，实现高效安全控制与系统可靠性等目标，需要设计相关安全有效的空间反应堆控制方案。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆。

2、一种基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆，其特征在于，所述空间反应堆包括：

3、堆芯燃料区、轴向反射层、径向反射层、径向反射层轴向高度调节机构、控制环、控制环轴向高度调节机构、传感器和反应性仪；

4、控制环为圆环状，布置在堆芯燃料区与径向反射层之间，并与控制环轴向高度调节机构连接，且与堆芯燃料区和径向反射层之间均存在真空间隙；

5、径向反射层布置在控制环的径向外侧，与其对应的径向反射层轴向高度调节机构相连；

6、轴向反射层分别布置并固定在堆芯燃料区的轴向两端；

7、反应性仪布置在径向反射层的外围，用于实时测量空间反应堆堆芯的反应性；堆芯的反应性与控制环正对堆芯燃料区的面积呈负相关，与径向反射层正对堆芯燃料区的面积呈正相关；

8、传感器布置在径向反射层和轴向反射层的内侧和外侧，用于测量温度和压力；

9、其中，径向反射层的控制价值大于控制环的控制价值；控制价值表示移动单位轴向高度时对应的反应性变化值；径向反射层的控制价值与控制环的控制价值的比值为(2～5)：1；

10、当传感器测得的温度不超过预设温度，且压力不超过预设压力时，若预设的拟调节后堆芯的有效增殖因子与当前测得的反应性值对应的堆芯有效增殖因子的差值的绝对值大于预设值，则根据径向反射层的控制价值调节径向反射层的轴向高度；若绝对值小于预设值，则根据控制环的控制价值调节控制环的轴向高度，其中，预设的拟调节后堆芯的有效增殖因子在正常运行工况下为1；预设的拟调节后堆芯的有效增殖因子在停堆工况下设置为0.85～0.98；所述预设值可为0.005、0.01或0.05，可根据实际需求自行设置。

11、上述基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆中，包括：堆芯燃料区、轴向反射层、径向反射层、径向反射层轴向高度调节机构、控制环、控制环轴向高度调节机构、传感器和反应性仪，各部件之间配合工作，能够实现对空间反应堆的有效安全控制，通过控制环与径向反射层两套调节机制和对应的调节机构，实现径向反射层对反应性的粗调和控制环对反应性的精调的协同控制，使空间反应堆可以实现安全和高效灵活的控制。

技术特征：

1.一种基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆，其特征在于，所述空间反应堆包括：

2.根据权利要求1所述的空间反应堆，其特征在于，径向反射层按照四个象限分为4块，每块径向反射层均与其对应的径向反射层轴向高度调节机构相连；

3.根据权利要求1所述的空间反应堆，其特征在于，堆芯燃料区包括启动中子源、燃料元件、导热元件以及基体材料；

4.根据权利要求3所述的空间反应堆，其特征在于，所述导热元件为液态碱金属热管或含有冷却工质的冷却回路管道。

5.根据权利要求4所述的空间反应堆，其特征在于，所述冷却工质为惰性气体或液态金属。

6.根据权利要求4所述的空间反应堆，其特征在于，所述热电转换设备为温差发电器或斯特林发动机。

7.根据权利要求1所述的空间反应堆，其特征在于，所述传感器由应变片和数采箱构成；

技术总结
本申请涉及一种基于控制环与反射层双重保护的空间反应堆，包括：堆芯燃料区、轴向反射层、径向反射层、径向反射层轴向高度调节机构、控制环、控制环轴向高度调节机构、传感器和反应性仪，各部件之间配合工作，能够实现对空间反应堆的有效安全控制，通过控制环与径向反射层两套调节机制和对应的调节机构，实现径向反射层对反应性的粗调和控制环对反应性的精调的协同控制，使空间反应堆可以实现安全和高效灵活的控制。

技术研发人员：吕中良,祝韶阳,赵子甲,吴建华
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：20230825
技术公布日：2024/3/31