用于改造裂变型核电厂的装置和方法
阅读：676发布：2020-05-13
专利汇可以提供用于改造裂变型核电厂的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供用于通过具有限制壁的反应堆为裂变型核电厂提供电 力 的装置和方法，所述限制壁至少部分地封闭限制区域，在该限制区域内带电粒子和中性粒子可以旋转。多个 电极 邻近或仅仅限制区域。具有 电压 源的控制系统在多个电极之间施加电势以在限制区域内生成 电场 ，用于引起其中中性粒子和带电粒子的旋转运动。反应物被布置在限制区域中。中性粒子和反应物之间的重复碰撞产生 能量 及具有与中性粒子和反应物的 原子 核的核 质量 不同的核质量的生成物。从反应堆消散的能量为裂变型核电厂提供电力。，下面是用于改造裂变型核电厂的装置和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于改造裂变型核电厂的装置，该装置包括：
(a)一个或多个反应堆，每个反应堆包括：
限制壁，至少部分地封闭限制区域，在该限制区域中带电粒子和中性粒子可以旋转，多个电极，邻近或接近所述限制区域，
控制系统，包括电压源和/或电流源，该电压源和/或电流源被配置成在所述多个电极的至少两个电极之间施加电势，其中所施加的电势在所述限制区域中生成电场，该电场是独自的或与磁场结合，引起或维持所述限制区域中所述中性粒子或所述带电粒子的旋转运动，及
反应物，布置在所述限制区域中或邻近所述限制区域，以使得在操作期间，在所述中性粒子和所述反应物之间的重复碰撞产生与反应物的相互作用，该相互作用释放能量并产生具有与所述反应物和所述中性粒子的任何原子核的核质量不同的核质量的生成物，其中从一个或多个反应堆消散的能量为裂变型核电厂提供电力；以及
(b)位于所述裂变型核电厂用于保持水的容器，其中所述容器保持的水接收由所述一个或多个反应堆消散的能量以增加温度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述容器被装置成核裂变反应操作期间燃料棒中的燃料棒和控制棒。
3.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括：
蒸汽生成器，被耦合至所述一个或多个反应堆以在接收到来自该一个或多个反应堆的能量时生成蒸汽。
4.根据权利要求3所述的装置，其中该装置进一步包括：
发电机，具有涡轮机，该涡轮机在接收到来自所述蒸汽生成器的蒸汽时旋转以输出电能。
5.根据权利要求3所述的装置，其中该装置进一步包括：
与所述蒸汽生成器相关联的冷凝器，用于将蒸汽凝结成液态水。
6.根据权利要求5所述的装置，其中该装置进一步包括：
冷却塔，被配置成释放由所冷凝的蒸汽生成的水汽以向着蓄水池循环所述液态水和/或调解所述裂变型核电厂的温度。
7.根据权利要求4所述的装置，其中所述发电机被连接至开关站以向所述开关站提供电力。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述裂变型核电厂包括压水反应堆或沸水反应堆。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个反应堆尺寸上被设计成与所述裂变型核电厂的燃料棒的支撑硬件集成。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个反应堆中的至少一者具有与所述裂变型核电厂的燃料棒的支撑硬件不同的几何结构和/或尺寸，但是适合所述容器。
11.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括：
支撑结构，被配置成在操作期间将所述一个或多个反应堆保持在所述容器中。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述支撑结构包括定位格架，该定位格架在所述裂变型核电厂运行的期间将所述一个或多个反应堆保持在位置以减少震动。
13.根据权利要求1所述的装置，其中由所述一个或多个反应堆消散的所述能量近似匹配所述裂变型核电厂的功率输出水平。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个反应堆的外表面的温度不超过2,
200°F。
15.根据权利要求1所述的装置，其中与所述裂变型核电厂原始采用的设备被修改以与所述一个或多个反应堆集成。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个反应堆代替所述裂变型核电厂的裂变能源。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述容器在所述一个或多个反应堆操作期间不具有控制棒。
18.根据权利要求1所述的装置，其中在所述一个或多个反应堆操作时产生的热量被引导通过所述一个或多个反应堆的壁到周围的水。
19.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁场通过位于所述反应堆内或所述反应堆外的设备来提供，其中所述设备从包括以下项的群组中选择：永磁体、非超导电磁体及超导电磁体。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，在操作期间，从所述一个或多个反应堆消散的能量通过所述裂变型核电厂的现有结构被转换成蒸汽。
21.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括：
一个或多个能量转换设备，位于所述一个或多个反应堆中至少一者的一个或多个末端以将带电粒子和/或中性粒子直接或间接转换成热量。
22.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括改造结构，被配置成容纳所述一个或多个反应堆代替控制棒和燃料棒。
23.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个电极在方位上围绕所述限制区域分布，以及其中所述控制系统被配置成通过向所述多个电极施加随时间变化的电压来引起所述限制区域中所述中性粒子和带电粒子的旋转运动。
24.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个反应堆中的至少一者被配置成通过所述限制区域内施加的磁场和所述电场之间的相互作用来引起所述限制区域中所述中性粒子和带电粒子的旋转运动。
25.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个反应堆中的至少一者进一步包括电子发射器，布置在所述限制区域中或邻近所述限制区域，以使得在操作期间，所述电子发射器在所述限制区域中生成电子。
26.一种用于改造裂变型核电厂的方法，该方法包括：
将所述聚变反应堆插入至所述裂变型核电厂中的相应接受器中；以及
激活所述聚变反应堆以从所述聚变反应堆消散电力来向所述裂变型核电厂提供电力，其中所述聚变反应堆的激活进一步包括：
在邻近或接近限制区域的多个电极的至少两个电极之间施加电场，以使得所施加的电场至少部分地横穿所述限制区域以及引起所述限制区域内的中性粒子和带电粒子的旋转运动，及
其中所带电粒子与布置在所述限制区域中或邻近所述限制区域的反应物的重复碰撞产生相互作用，该相互作用产生具有与所述反应物和所述中性粒子的原子核的核质量不同的核质量的生成物。
27.根据权利要求26所述的方法，其中在至少两个电极之间施加电场进一步包括：
向所述多个电极施加随时间变化的电压以引起所述限制区域中中性粒子和带电粒子的旋转运动，其中所述多个电极在方位上围绕所述限制区域分布。
28.根据权利要求26所述的方法，其中该方法进一步包括：
在所述限制区域内施加磁场，以使得所施加的电场和所施加的磁场之间的相互作用引起所述限制区域中的中性粒子和带电粒子的旋转运动，其中所述多个电极在方位上围绕所述限制区域分布。
用于改造裂变型核电厂的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及核电厂领域，具体地涉及用于改造裂变型核电厂的装置和方法。
背景技术
[0002] 裂变型核电力系统内的外壳结构封闭传统上操作裂变型核反应堆所需的各种组件。裂变型核反应堆可以进行的核裂变包含核反应或放射性衰变过程，其中特定原子的原子核分裂，或以其它方式分解成若干较小的部分，例如，更轻的原子核。该过程可以产生中子和其他原子或亚原子粒子，但主要用于生成大量的能量，这些能量随后可通过开关站或电力网格供应或分配给终端使用消费者。虽然，相关技术能够以相对有限的燃料或反应物数量满足高功率需求，但是与其他类型的能源产生或转换相比，核裂变产生有毒且经常是放射性的废物，并且相对不稳定的问题。
发明内容
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供了用于改造裂变型核电厂的装置和方法，以解决上述技术问题，或者至少部分地解决上述技术问题。
[0004] 根据本发明的一方面，提供了一种用于改造裂变型核电厂的装置，该装置包括：(a)一个或多个反应堆，每个反应堆包括：限制壁，至少部分地封闭限制区域，在该限制区域中带电粒子和中性粒子可以旋转，多个电极，邻近或接近所述限制区域，控制系统，包括电源和/或电流源，该电源和/或电流源被配置成在所述多个电极的至少两个电极之间施加电势，其中所施加的电势在所述限制区域中生成电场，该电场是独自的或与磁场结合，引起或维持所述限制区域中所述中性粒子或所述带电粒子的旋转运动，及反应物，布置在所述限制区域中或邻近所述限制区域，以使得在操作期间，在所述中性粒子和所述反应物之间的重复碰撞产生与反应物的相互作用，该相互作用释放能量并产生具有与所述反应物和所述中性粒子的任何原子核的核质量不同的核质量的生成物，其中从一个或多个反应堆消散的能量为裂变型核电厂提供电力；以及(b)位于所述裂变型核电厂用于保持水的容器，其中所述容器保持的水接收由所述一个或多个反应堆消散的能量以增加温度。
[0006] 可选的，该装置进一步包括：蒸汽生成器，被耦合至所述一个或多个反应堆以在接收到来自该一个或多个反应堆的能量时生成蒸汽。
[0009] 可选的，该装置进一步包括：冷却塔，被配置成释放由所冷凝的蒸汽生成的水汽以向着蓄水池循环所述液态水和/或调解所述裂变型核电厂的温度。
[0010] 可选的，所述发电机被连接至开关站以向所述开关站提供电力。
[0011] 可选的，所述裂变型核电厂包括压水反应堆或沸水反应堆。
[0013] 可选的，所述一个或多个反应堆中的至少一者具有与所述裂变型核电厂的燃料棒的支撑硬件不同的几何结构和/或尺寸，但是适合所述容器。
[0014] 可选的，该装置进一步包括：支撑结构，被配置成在操作期间将所述一个或多个反应堆保持在所述容器中。
[0016] 可选的，由所述一个或多个反应堆消散的所述能量近似匹配所述裂变型核电厂的功率输出水平。
[0017] 可选的，所述一个或多个反应堆的外表面的温度不超过2,200°F。
[0019] 可选的，所述一个或多个反应堆代替所述裂变型核电厂的裂变能源。
[0020] 可选的，所述容器在所述一个或多个反应堆操作期间不具有控制棒。
[0021] 可选的，在所述一个或多个反应堆操作时产生的热量被引导通过所述一个或多个反应堆的壁到周围的水。
[0022] 可选的，所述磁场通过位于所述反应堆内或所述反应堆外的设备来提供，其中所述设备从包括以下项的群组中选择：永磁体、非超导电磁体及超导电磁体。
[0023] 可选的，在操作期间，从所述一个或多个反应堆消散的能量通过所述裂变型核电厂的现有结构被转换成蒸汽。
[0024] 可选的，该装置进一步包括：一个或多个能量转换设备，位于所述一个或多个反应堆中至少一者的一个或多个末端以将带电粒子和/或中性粒子直接或间接转换成热量。
[0025] 可选的，该装置进一步包括改造结构，被配置成容纳所述一个或多个反应堆代替控制棒和燃料棒。
[0027] 可选的，所述一个或多个反应堆中的至少一者被配置成通过所述限制区域内施加的磁场和所述电场之间的相互作用来引起所述限制区域中所述中性粒子和带电粒子的旋转运动。
[0028] 可选的，所述一个或多个反应堆中的至少一者进一步包括电子发射器，布置在所述限制区域中或邻近所述限制区域，以使得在操作期间，所述电子发射器在所述限制区域中生成电子。
[0029] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于改造裂变型核电厂的方法，该方法包括：将所述聚变反应堆插入至所述裂变型核电厂中的相应接受器中；以及激活所述聚变反应堆以从所述聚变反应堆消散电力来向所述裂变型核电厂提供电力，其中所述聚变反应堆的激活进一步包括：在邻近或接近限制区域的多个电极的至少两个电极之间施加电场，以使得所施加的电场至少部分地横穿所述限制区域以及引起所述限制区域内的中性粒子和带电粒子的旋转运动，及其中所带电粒子与布置在所述限制区域中或邻近所述限制区域的反应物的重复碰撞产生相互作用，该相互作用产生具有与所述反应物和所述中性粒子的原子核的核质量不同的核质量的生成物。
[0030] 可选的，在至少两个电极之间施加电场进一步包括：向所述多个电极施加随时间变化的电压以引起所述限制区域中中性粒子和带电粒子的旋转运动，其中所述多个电极在方位上围绕所述限制区域分布。
[0031] 可选的，该方法进一步包括：在所述限制区域内施加磁场，以使得所施加的电场和所施加的磁场之间的相互作用引起所述限制区域中的中性粒子和带电粒子的旋转运动，其中所述多个电极在方位上围绕所述限制区域分布。
[0032] 通过上述技术方案，利用所述的一个或多个反应堆改造现有的裂变型核反应堆，可以在产生电力的同时产生无毒废物。此外，现有的裂变型核反应堆的预先存在的脚手架和其他设备可以被改造或以其他方式重新配置，以与一个或多个反应堆集成，允许从现有的裂变型核反应堆到利用现有的电力输送基础设施的前述的反应堆中的一者的电力生产的无缝且可靠的过渡。附图说明
[0034] 图1是传统的裂变型核电力系统的示意图；
[0035] 图2是用于改变裂变型核电系统的多个反应堆的阵列的纵向剖面图；
[0036] 图3是结合传统的裂变型核电系统与本发明的反应堆改装的反应堆的综合能源解决方案布局的示意图；以及
[0037] 图4是加压水反应堆的示意图。
[0038] 附图标记
[0039] 2604 裂变型核反应堆
[0040] 2606 控制棒
[0041] 2608 燃料源
[0042] 2610 蒸汽生成器
[0043] 2612 循环水入水管
[0044] 2614、2616、2618 泵
[0045] 2620、2624、2632 导管
[0047] 2626 冷凝器螺线管
[0048] 2628 冷凝器
[0049] 2630 环境流体
[0050] 2702、2712 电路
[0051] 2704 反应堆
[0052] 2708 超级电容器
[0053] 2710 电池
[0054] 2714 接地线
[0055] 2716 永磁体或电磁线圈
[0056] 2718 电场
[0057] 2720、2730 流体
[0058] 2722 容器
[0059] 2724 磁场
[0060] 2726 环形永磁体或电磁线圈
[0062] 2802 开关站
[0063] 2804 电力线
[0064] 2806 涡轮机中心
[0065] 2808 涡轮机
[0066] 2810 阀
[0067] 2812 转换器
[0068] 2814 发电机
[0069] 2816 冷凝器
[0070] 2818 管道
[0071] 2820 水循环
[0072] 2822 蓄水池
[0073] 2826 冷却塔
[0074] 2902 控制棒
[0075] 2904 上部支撑板
[0076] 2906 内部支撑壁架
[0077] 2908 核心腔
[0078] 2910 管束列
[0079] 2912 上部核心板
[0080] 2916 冷却剂出口
[0081] 2918 挡板横向支撑
[0082] 2920 核心管束列
[0083] 2922 仪表套管
[0084] 2924 横向支柱
[0085] 2926 主支撑柱
[0086] 2928 控制棒移动套管
[0087] 2930 仪器使用端口
[0088] 2932 隔热套管
[0089] 2934 吊环
[0090] 2936 封盖装置
[0091] 2938 压紧弹簧
[0092] 2940 控制棒导管
[0093] 2942 控制棒驱动轴
[0094] 2944 冷却剂入口
[0095] 2946 控制棒束
[0096] 2948 接入口
[0097] 2950 反应堆容器
[0098] 2952 下部核心板
具体实施方式
[0099] 以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0100] 在某些实施方式中，于此所述的聚变反应堆可以被用于改造安装的与裂变型核电站的运行相关联的基础设施。这种经改造的反应堆可以被配置成经由传导性传热和/或辐射传热来从此散热，例如，向周围流体媒介(诸如保持在安全壳中的水)散热以加热水用于随后蒸气产生的使用。
[0101] 裂变型核电厂的传统能量转换设备，诸如具有涡轮机的发电机，可能会收到由聚变反应堆加热的水产生的蒸汽，以产生经由开关站分配给终端使用消费者的电力。此外，可以经由应用传统的冷却塔释放水汽来调节间歇性流过涡轮的冷却水以帮助用于改造接受反应堆的裂变型核电站的温度维持，这种冷却水的溢出被引导到蓄水池，与传统的裂变型核电厂类似。
[0102] 通常，适用于改造裂变型核电站的聚变反应堆具有本文别处所述的设计，但它们具有与裂变反应堆芯相兼容的足迹(footprint)。为此，聚变反应堆可以具有与裂变反应堆中的燃料棒的尺寸和形状相镜像的尺寸和形状。然而，这不是必要的，并且可以采用其他聚变反应堆足迹，只要它们能够以对裂变反应堆中使用的工作流体提供核聚变产生的功率的方式与裂变反应堆基础设施集成。在许多实施方式中，在裂变电厂改造中采用多个聚变反应堆。
[0103] 聚变反应堆可以具有上述许多不同的转子设计中的任何一种。如上所述，这种反应堆具有至少部分地封闭限制区域的限制壁，带电粒子和中性粒子可以在限制区域内旋转。这种反应堆还具有邻近或接近限制区域的多个电极，以及控制系统，该控制系统具有用于在多个电极中的至少二者之间施加电势的电压和/或电流源。所施加的电势在限制区域内产生单独或与磁场结合的电场，引起或维持限制区域中的中性粒子和带电粒子的旋转运动。将反应物设置在限制区域中或邻近限制区域，使得在操作期间，中性粒子和反应物之间的重复碰撞产生与反应物的相互作用，以释放能量并产生具有与中性粒子和反应物的原子核的任何核质量不同的核质量的生成物。
[0104] 聚变反应堆提供能量，例如热能和/或辐射，并且可以产生正离子(阿尔法粒子)。用于保持水的裂变型核电站内的容器可以接收由反应堆消散的能量以增加温度。随后可以将加热的水转化为蒸汽以驱动发电机的涡轮来产生可用的电力。
[0105] 在各种实施方式中，所述容器被配置成在燃料棒中的核裂变反应的操作期间保持燃料棒和控制棒。
[0106] 在一些实施方式中，蒸汽生成器与反应堆耦合以在接收到来自反应堆消散的能量时生成蒸汽。
[0107] 在各种实施方式中，发电机具有涡轮，该涡轮在接收到由蒸汽生成器输出的蒸汽时旋转以输出电力。此外，在一些实施方式中，发电机被连接到开关站以向其提供电力。
[0108] 在一些实施方式中，冷凝器与蒸汽生成器相关联以将蒸汽冷凝成液态水。此外，在各种实施方式中，冷却塔释放由冷凝蒸汽生成的水蒸汽，以将液态水循环到蓄水池和/或以调节裂变型核电站的温度。
[0109] 在一些实施方式中，裂变型核电站具有压水反应堆或沸水反应堆。
[0110] 在一些实施方式中，支撑结构被配置成在操作期间将一个或多个反应堆保持在容器中。此外，在各种实施方式中，支撑结构包括间定位格架，其将一个或多个反应堆保持在一位置，以在裂变型核电厂运行期间减少振动。
[0111] 在各种实施方式中，由一个或多个反应堆消散的能量近似地匹配于裂变型核电厂的功率输出水平。
[0112] 在一些实施方式中，一个或多个反应堆的外表面的温度不超过大约2,200°F。
[0113] 在各种实施方式中，一个或多个反应堆具有大于大约5,500m2的传热区域。
[0114] 在一些实施方式中，最初采用裂变型核电厂的设备被修改为与一个或多个反应堆集成。
[0115] 在各种实施方式中，一个或多个反应堆代替核裂变性电厂的裂变能源。
[0116] 在一些实施方式中，在一个或多个反应堆的操作期间容器不具有控制棒。
[0117] 在各种实施方式中，在一个或多个反应堆操作时产生的热被引导通过其墙到达周围的水。
[0118] 在一些实施方式中，磁场通过设置在反应堆内或反应堆外的设备来提供，其中所述设备从包含以下项的群组中选择：永磁体、非超导电磁体、超导电磁体。
[0119] 在各种实施方式中，在操作期间，从一个或多个反应堆消散的能量通过现有的裂变型核电厂的结构转换成蒸汽。
[0120] 在一些实施方式中，一个或多个能量转换设备位于一个或多个反应堆的至少一者的一个或多个端部，以将带电粒子和/或中性离子直接地或间接地转换成热能。
[0121] 在各种实施方式中，改造结构被配置成容纳一个或多个反应堆代替控制棒和燃料棒
[0122] 在一些实施方式中，多个电极方位上围绕限制区域分布，以及其中所述控制系统被配置成通过向多个电极施加随时间变化的电压而引起限制区域中中性粒子和带电粒子的旋转运动。
[0123] 在各种实施方式中，一个或多个反应堆中的至少一者被配置成通过限制区域中施加的磁场和电场之间的相互作用而引起限制区域中中性粒子和带电粒子的旋转运动。
[0124] 在一些实施方式中，其中一个或多个反应堆中的至少一者进一步包括布置在限制区域中或邻近限制区域的电子发射体，以使得在操作期间，所述电子发射体在限制区域中生成电子。
[0125] 一方面，用于改造裂变型核电厂以接受聚变反应堆的方法包括将聚变反应堆插入至裂变型核电厂中相应的接受器中。聚变反应堆被激活以从其消散电力以为裂变型核电厂提供电力，其中聚变反应堆的激活可以包含在邻近或接近限制区域的多个电极的至少两个电极之间施加电场，以使得所施加的电场至少部分地穿过限制区域并且引起限制区域中的中性粒子和带电粒子的旋转运动，以及其中带电粒子与位于限制区域中或邻近限制区域的反应物的重复碰撞产生相互作用，该相互作用产生具有的核质量不同于粒子和反应物的原子核的核质量的生成物。
[0126] 在一些实施方式中，在至少两个电极之间施加电场可以包含向多个电极施加随时间变化的电压以引起限制区域中中性粒子和带电粒子的旋转运动，其中多个电极方位上围绕限制区域分布。
[0127] 在各种实施方式中，磁场被施加在限制区域内以使得所施加的电场和所施加的磁场之间的相互作用引起限制区域中中性粒子和带电粒子的旋转运动，其中多个电极方位上围绕限制区域分布。
[0128] 常见裂变型核反应堆
[0129] 参考图1所示，传统的裂变型核电力系统2600被示出。裂变型核电力系统2600内的外壳结构2602封闭传统上操作裂变型核反应堆2604所需的各种组件。如通常所理解的那样，裂变型核反应堆2604可以进行的核裂变包含核反应或放射性衰变过程，其中特定原子的原子核分裂，或以其它方式分解成若干较小的部分，例如，更轻的原子核。该过程可以产生中子和其他原子和/或亚原子粒子，但主要用于生成大量的能量，这些能量随后可通过开关站或电力网格供应或分配给终端使用消费者。虽然能够以相对有限的燃料或反应物数量满足高功率需求，但是与其他类型的能源产生或转换相比，核裂变产生有毒且经常是放射性的废物，并且相对不稳定。
[0130] 因此，利用于此所述的一个或多个反应堆改造裂变型核反应堆2604可以减少与裂变核能生产相关联的所述的至少一个或多个挑战，同时产生无毒废物。此外，裂变型核反应堆2604的预先存在的脚手架和/或其他设备可以被改造或以其他方式重新配置，以接收和/或与一个或多个反应堆集成，允许从图1所示的传统的裂变型核反应堆2604到利用现有的电力输送基础设施的前述的反应堆中的一者的电力生产的无缝且可靠的过渡。
[0131] 在一些实施方式中，裂变型核反应堆2604容纳控制棒2606及若干燃料源2608，包括铀和/或钚，分散在其间。在裂变型核反应堆2604的操作期间，控制棒2606可以控制燃料源2608的裂变速率，并且可以由已知能够吸收从在裂变反应堆2604内发生的裂变反应释放的中子的特定材料构成，例如硼(B)、银(Ag)、铟(In)和镉(Cd)，其本身不会发生裂变。通常，控制棒2606和/或用于保持其的装配(图1中未示出)可以通过导向管(图1中未示出)围绕燃料源2608被插入以调节中子通量，例如，控制可用于分裂铀或钚原子的中子数量，例如在裂变型核反应堆2604内，从而影响由裂变型核反应堆2604产生的热力并调节蒸汽生成器2610中的蒸汽的生成，蒸汽生成器2610通常与之耦合。鉴于控制棒2606在调节裂变型核反应堆2604内发生的核裂变的重要性，控制棒2606的管理不当和/或意外的分解或事故可能导致灾难性的后果，包括相关电厂的总核熔毁和不受控制的放射性衰变和/或其放射性尘埃。
[0132] 导管流体，例如液体，诸如在显著压力下的熔融钠或液态水，可围绕控制棒2606和/或燃料源2608和/或在控制棒2606和/或燃料源2608周围流动，以便根据需要流向蒸汽生成器2610以及从蒸汽生成器2610返回，该蒸汽生成器2610在较大外壳结构2602内耦合至或者以其他方式连接至裂变类型核反应堆2604。例如，在裂变型核反应堆2604中包含相对较高量的裂变反应物燃料可能有助于导管流体的较高温度流入蒸汽生成器2610以导致其产生的更多量的蒸汽。在一些实施方式中，这种蒸汽然后可以经由导管2620从外壳结构2602运送到汽轮机和/或发电机2622，以输出功率，诸如电流，例如以便按照需要随后分配给终端使用消费者。
[0133] 冷凝器2628可以经由导管2624与汽轮机2622耦合和/或以其它方式与汽轮机2622进行流体连通，以进一步调节根据需要从发电机2622输出的功率。具体地说，冷凝器2628可以容纳环境流体2630。冷水可以通过环境流体2630或围绕环境流体2630被供应到冷凝器2628中，并且通过导管2632从冷凝器2628被排出，以调节环境流体2630的温度。此外，在这种实施方式中，环境流体2630可以经由在导管2616上的泵2618的操作来分配或以其它方式流入蒸汽生成器2610，从而调节蒸汽产生。
[0134] 如于此所述，通过一个或多个反应堆代替或改造燃料源为裂变型核电系统2600的能量产生提供了许多优点，如图2更全面地所示，其示出了垂直取向并纵向插入装有流体2720的容器2722中的多个反应堆的阵列2704。在一些实施方式中，流体2720可以与结合图1所讨论的导管流体基本上类似，以便在其操作加热流过热交换器2728的水时接收由反应堆的阵列2704输出的热量，热交换器2728可以被配置成例如循环通过裂变型核电系统2600的各种其它讨论的部件，诸如汽轮机2622，从而有助于产生电流。
[0135] 反应堆2704可以基本上如前所述地进行操作，并且如图2所示地被配置，以包括位于下部环形永磁体或电磁线圈2726上并与之相对的上部环形永磁体或电磁线圈2716。上部和下部磁体或线圈2716和2726可以共同作用以将反应堆2704保持在例如容器2722内的期望位置和/或根据期望来影响在反应堆2704内发生的反应。在反应堆2704的操作时生成的电场2718是横向的，垂直于磁场2724，长度上跨过反应堆2704。电场2718和磁场2724基本上如前所述彼此相互作用，以激励每个反应堆2704内含有的中性物质和带电粒子的旋转以促使核内反应在其中发生，最终导致从反应堆2704传递到容器2722中的流体2720的形式释放热能。
[0136] 具体来说，在一些实施方式中，热量从反应堆2704传递到周围流体2720中，以经由传导/扩散和/或对流热传递来对其加热。也就是说，为了传导或扩散热传递，在每个反应堆2704中操作时其产生的热量可以相应地加热与周围流体2720接触的反应堆2704的外表面以对其进行比例地加热。关于来自反应堆2704的流体2720吸收的热量的程度的计算和/或预测，例如，在其操作期间，例如可以包括主要根据用于热传导的傅里叶定律的热导率的评估。对于从反应堆2704朝向和流入周围流体2720的对流热传递，由此接收的热量可以是流体2720相对于反应堆2704的运动大致成比例的或以其他方式依赖于该运动。流体2720的流动状态期间的温度平均值可以为评估与对流热传递有关的性能提供参考。热传递类型和/或机制的列表并不旨在尽述；本领域技术人员将理解，在某些条件下，可能发生从反应堆
2704到其周围流体2720的其它类型的热传递，诸如经由如平流和/或辐射发生的传热。
2704到其周围流体2720的其它类型的热传递，诸如经由如平流和/或辐射发生的传热。
[0137] 在一些实施方式中，反应堆2704可以分别包括于此形成的填充有高压氢气的限制区域，例如以进一步促进和/或激励在限制区域中发生的反应。此外，包含在每个反应堆2704内的反应性表面可以涂覆有硼化合物(例如，碳化硼)或氘化合物，(例如氘化氧化铝或氘代氘)，或载氘钯或钛，以从反应堆2704单独产生除热能以外的所期望的生成物，诸如氦-
3，例如来自在质子之间发生的核内反应，轰击例如嵌入在反应性壁和/或反应堆2804的表面上的氘物质。而且，在一些实施方式中，热交换器2827可以基本上围绕或以其它方式穿过一个或多个反应堆2704通过流体2720，以捕获从反应堆消散的热量，以将这种热量提供给可能处于图1所示的传统裂变型核电系统2600中或以其它方式与其相关联的其它组件。
3，例如来自在质子之间发生的核内反应，轰击例如嵌入在反应性壁和/或反应堆2804的表面上的氘物质。而且，在一些实施方式中，热交换器2827可以基本上围绕或以其它方式穿过一个或多个反应堆2704通过流体2720，以捕获从反应堆消散的热量，以将这种热量提供给可能处于图1所示的传统裂变型核电系统2600中或以其它方式与其相关联的其它组件。
[0138] 为了成功地调节来自反应堆2704的热量产生和/或耗散，电路2702和/或2712可与一个或多个反应堆2704连接，以调节向其输送的功率，转而调节能量的产生。此外，在一些实施方式中，可以在电路2702和/或2712上和/或包括在其内以调节到反应堆2704的功率输送和/或从其接收的电力，以用于进一步供应和/或分配。
[0139] 与现有电网或基础设施的集成
[0140] 结合传统的裂变型核电系统2600与于此讨论的反应堆改装的反应堆2604的综合能源解决方案布局2800在图3中示出。核电系统2600A包括与结合图1所示的所呈现且讨论的类似元件相同的附图标记，因此省略对其的冗余描述。如图2所示的反应堆2704可替代如图1所示的燃料源2608或以其它方式改造燃料源2608。管道2620可以直接从蒸汽生成器2610延伸到容纳涡轮机2808的中心2806。与对于图1中的汽轮机2622所讨论的相类似，可以通过阀2810调节蒸汽穿过导管2620，以根据需要将压力施加到中心2806内的涡轮机2808，以使涡轮机2806旋转，涡轮机2806可以在从其延伸至发电机2814的轴中产生相称的旋转，发电机2814容纳和/或以其它方式与转换器2812耦合，以将来自涡轮机2808的旋转能量转换成经由电力线2804传递到开关站2802的可用电流。
[0141] 而且，与常规裂变型核电厂通常发现的类似，在整个能量解决方案布局中，一个或多个冷却塔2826可以接收过量的蒸汽以将其输出到大气中以调节温度、压力和/或其他物理条件和/或特性。由冷却塔2826输出到大气的蒸汽剩余的残留水可以通过管道2818在整个水循环2820中循环，包括朝向专用蓄水池2822的方向。
[0142] 多个压水反应堆(PWR)
[0143] 通常，两个主要的核裂变型反应堆正在使用：压水反应堆(PWR)和沸水反应堆(BWR)。在图4中示出了典型的加压水反应堆2900，其具有纵向延伸到PWR 2900中的棒行程罩2928。仪器端口2930设置在形成在封闭头组件2936中的热套管2932和提升凸耳2934附近，通过压紧弹簧2938保持在位置中。控制棒导向管2940每一个负责相应的控制棒驱动轴，控制棒驱动轴通过控制棒组2946朝向形成在反应堆容器2948的下堆芯板2952中的接入口2948延伸。如图2所示的反应堆2704可以通过更换传统上将被穿至控制棒导向管2940中和/或沿着控制棒导向管2940的控制棒来改造在反应堆容器2948内的使用，从而在PWR 2900的操作期间避免与缺乏抵抗力的控制棒相关的各种挑战和/或缺点。
[0144] 穿过2926的组件2902可以被改造、重新使用和/或以其他方式重新配置，以与反应堆2704一起运行，例如，代替应用到PWR 2900的传统控制棒。具体地，控制棒驱动机构2902可以引导反应堆2704通过上支撑板2904进入反应堆容器2950的芯筒2908。支撑柱可以提供横跨PWR 2900的横向结构支撑，特别用于平衡经由一个或多个入口喷嘴2944进入反应堆容器2950的进入流体的力。出口喷嘴2914可根据需要将这种流体重新排出PWR 2900。挡板径向支撑件2916可以支撑挡板2918，该挡板1918纵向向着邻近仪表套导管2922设置的芯支撑柱2920延伸和/或延伸至芯支撑柱2920中。径向支撑件2924和芯支撑件可以以其他方式为改造成适应反应堆2704的PWR 2900提供结构支撑。
[0145] 在一些实施方式中，改造以相互作用和/或以其他方式接受反应堆的PWR 2900的尺寸参数将匹配原始配置的PWR的设计参数，例如，以接受和使用传统的控制棒。这些参数包括冷却剂的入口温度和出口温度、冷却剂压力、冷却剂流速和混合条件。可以使用两种主要方法来实现在待更换的控制棒与反应堆2704之间的物理尺寸方面的等效性。也就是说，(1)反应堆2704的几何形状及其生热率将与PWR芯的原始燃料棒的参数匹配，从而芯的支撑硬件可用于支撑聚变管；以及(2)反应堆2704各自将具有与要由其更换的控制棒不同的几何形状。然而，每个反应堆2704冷却剂的进入和输出参数将与原始PWR的设计参数匹配，例如，允许进行后续修改以允许反应堆2704的成功插入和使用以代替控制棒。
[0146] 典型的四回路PWR 2900(由西屋电气公司(Westinghouse Electric Company)LLC制造)可以使用方法(1)进行改造，其中每个反应堆2704将具有9.5mm的外径和3.66m的长度，以插入PWR 2900中的相应的正方形横截面装配件，即每组装配件17×17个管，例如，每个组件总共有264个管，具有12.54mm的间距，例如，相邻管的中心之间的距离。可替代地，将较短长度的几个聚变管组合成3.66米长的管组件。
[0147] 可以使用PWR 2900的现有硬件(定位格架)将反应堆2704保持在期望位置并防止不期望的振动。PWR 2900中间隔件的混合叶片将增强水冷却剂混合和从反应堆2704到周围冷却剂流体的热传递。与传统配置为接收和接合传统燃料源和/或控制棒的PWR 2900一样，定位格架将沿着聚变管定位，具有0.508米的间隔(聚变管的加热长度的起始位置向上到第一定位格栅的位置为0.3048米)，与原始裂变燃料芯中一样，每组装配件总共7个定位格栅。
[0148] 在一些实施方式中，17×17反应堆2704管装配件的尺寸可以是：215mm×215mm。193个这种组件可以插入到PWR 2900中，替换体积为32.6m3的原始反应堆堆芯，例如，其等效直径为3.37米，等效长度为3.66米。在这种构造中，反应堆2704管的总数为50,952。
[0149] 聚变管的反应堆热功率将与原始PWR功率3,411MWth相匹配，工厂的电力输出为1,150MWe(工厂的总热效率为34％)。每个聚变管将产生0.06695MWth或66.95kWth。由于芯结构材料的中子性能在聚变情况下将并不重要，所以在聚变管中可以使用较便宜的材料(例如，相较于锆合金，例如在裂变芯中)。聚变管外表面的温度将不超过1,204.4℃(2200°F))，以符合安全限值。反应堆容器中所有聚变管的活性传热面积为5,562.8平方米。
[0150] 使用聚变管，沿着芯的径向方向将实现平坦的生热分布。与引起燃料棒中不均匀燃耗的裂变燃料芯的不均匀中子通量分布相比，其具有显着的优点。原始PWR的有效芯的流量面积为4.75m2。温度290℃的水冷却剂将通过入口进入由包括聚变管的芯，并且将被引导到芯的底部，向上流过芯并且将以325℃的温度通过出口喷嘴排出。系统压力将为15.5MPa。冷却剂的总芯流速为将18.63Mg/s。平均入口质量通量将为3,730kg/m2s。这些参数对应于PWR的原始参数，并且将不超过PWR的17.24MPa的设计压力及343.3℃的设计温度，因此反应堆容器和现有工厂设备可以在原设计参数内有效地且安全地利用。
[0151] 以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
[0152] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0153] 此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
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