不含流体介质的微型反应装置及其功率控制方法

本发明涉及微型核反应堆，具体而言，涉及一种不含流体介质的微型反应装置及其功率控制方法。

背景技术：

1、现有的微型核反应堆进行核反应放热，一般是将一个燃料元件进行低功率的核反应，以释放中子，释放出的中子直接传递到另一个燃料元件，使另一个燃料元件进行核反应放热。在这一过程中，燃料元件进行核反应的速率难以控制，导致核反应堆进行核反应放热的功率难以控制，致使现有的微型核反应堆的放热效率不太能适应多变的用热需求。

技术实现思路

1、本发明的目的包括提供了一种不含流体介质的微型反应装置及其功率控制方法，其能够灵活地调整反应堆的功率以及放热效率。

2、本发明的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种不含流体介质的微型反应装置，微型反应装置包括第一屏蔽外壳、能量转换器、驱动机构和反应激发器；

4、反应激发器安装在第一屏蔽外壳内，驱动机构安装在反应激发器的顶部；多个能量转换器围绕反应激发器间隔均匀地插入第一屏蔽外壳；

5、能量转换器包括固定外壳和设置在固定外壳内的第一燃料元件，固定外壳插入第一屏蔽外壳的部分开设有第一开口；

6、反应激发器包括转动外壳和设置在转动外壳内的第二燃料元件，转动外壳上开设有第二开口，转动外壳转动可调整第二开口与第一开口的正对面积。

7、在可选的实施方式中，反应激发器安装在第一屏蔽外壳的中心位置，多个能量转换器沿圆环形式布置、且与反应激发器的间距相等。

8、在可选的实施方式中，固定外壳上设置有跨接在第一开口内的第一控制板，多个第一控制板沿轴向间隔均匀设置将第一开口划分成多个间隔均匀的第一矩形开口，第一矩形开口的长边沿固定外壳的周向延伸。

9、在可选的实施方式中，转动外壳上设置有跨接在第二开口内的第二控制板，多个第二控制板沿轴向间隔均匀设置将第二开口划分成多个间隔均匀的第二矩形开口，第二矩形开口的长边沿固定外壳的周向延伸，第二矩形开口与第一矩形开口一一对应等高设置。

10、在可选的实施方式中，能量转换器还包括热管，多根热管插入第一燃料元件。

11、在可选的实施方式中，在反应激发器进行核反应的过程中，第二燃料元件通过第二开口释放中子，第一燃料元件通过第一开口接受中子以进行核反应放热，转动外壳用于控制第二开口逐个对准第一开口。

12、在可选的实施方式中，能量转换器的顶部为热电转换模块，热电转换模块用于接受能量转换器下部的热量进行发电。

13、在可选的实施方式中，微型反应装置还包括第二屏蔽外壳，第二屏蔽外壳可拆卸地连接在第一屏蔽外壳的顶部，且套设在能量转换器和驱动机构上。

14、在可选的实施方式中，第一屏蔽外壳和第二屏蔽外壳连接形成圆柱结构。

15、在可选的实施方式中，转动外壳、固定外壳、第一燃料元件和第二燃料元件采用同一种材料制成。

16、第二方面，本发明提供一种不含流体介质的微型反应装置的功率控制方法，方法适用于上述不含流体介质的微型反应装置，方法包括：

17、控制转动外壳转动，以调整第二开口与第一开口的正对面积，实现对反应堆功率的控制；反应堆功率q的表达式如下：

18、q＝qmax·(a/b)

19、式中，qmax为反应堆可实现的最大功率，b为第二开口在转动外壳上所占有的中心角度，a为第二开口从第一开口的边缘转入的角度，0≤a≤b。

20、本发明实施例提供的不含流体介质的微型反应装置及其功率控制方法的有益效果包括：

21、通过调节反应激发器上的开口与能量转换器上的开口的正对面积大小来调节核反应功率，当转动外壳的第二开口正对能量激发器的第一开口时，二者的正对面积(贯通量)最大，反应功率最大，当转动外壳继续转动时，贯通量减小，反应功率降低，从而实现反应堆功率的控制。

技术特征：

1.一种不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述微型反应装置包括第一屏蔽外壳(1)、能量转换器(3)、驱动机构(4)和反应激发器(5)；

2.根据权利要求1所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述反应激发器(5)安装在所述第一屏蔽外壳(1)的中心位置，多个所述能量转换器(3)沿圆环形式布置、且与所述反应激发器(5)的间距相等。

3.根据权利要求1所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述固定外壳(31)上设置有跨接在所述第一开口(311)内的第一控制板(33)，多个所述第一控制板(33)沿轴向间隔均匀设置将所述第一开口(311)划分成多个间隔均匀的第一矩形开口(34)，所述第一矩形开口(34)的长边沿所述固定外壳(31)的周向延伸。

4.根据权利要求3所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述转动外壳(51)上设置有跨接在所述第二开口(511)内的第二控制板(53)，多个所述第二控制板(53)沿轴向间隔均匀设置将所述第二开口(511)划分成多个间隔均匀的第二矩形开口(54)，所述第二矩形开口(54)的长边沿所述固定外壳(31)的周向延伸，所述第二矩形开口(54)与所述第一矩形开口(34)一一对应等高设置。

5.根据权利要求1所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述能量转换器(3)还包括热管，所述热管利用冷却介质的毛细作用，自发驱动冷却介质热量交换，多根所述热管插入所述第一燃料元件(32)。

6.根据权利要求1所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，在所述反应激发器(5)进行核反应的过程中，所述第二燃料元件(52)通过所述第二开口(511)释放中子，所述第一燃料元件(32)通过所述第一开口(311)接受所述中子以进行核反应放热，所述转动外壳(51)用于控制所述第二开口(511)逐个对准所述第一开口(311)。

7.根据权利要求6所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述能量转换器(3)的顶部为热电转换模块，所述热电转换模块用于接受所述能量转换器(3)下部的热量进行发电。

8.根据权利要求5所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述微型反应装置还包括第二屏蔽外壳(2)，所述第二屏蔽外壳(2)可拆卸地连接在所述第一屏蔽外壳(1)的顶部，且套设在所述能量转换器(3)和所述驱动机构(4)上，所述转动外壳(51)、所述固定外壳(31)、所述第一燃料元件(32)和所述第二燃料元件(52)采用同一种材料制成。

9.根据权利要求8所述的不含流体介质的微型反应装置，其特征在于，所述第一屏蔽外壳(1)和所述第二屏蔽外壳(2)连接形成圆柱结构。

10.一种不含流体介质的微型反应装置的功率控制方法，其特征在于，所述方法适用于权利要求1所述的不含流体介质的微型反应装置，所述方法包括：

技术总结本发明的实施例提供了一种不含流体介质的微型反应装置及其功率控制方法，涉及微型核反应堆技术领域。微型反应装置包括第一屏蔽外壳、能量转换器、驱动机构和反应激发器；反应激发器安装在第一屏蔽外壳内，驱动机构安装在反应激发器的顶部；多个能量转换器围绕反应激发器间隔均匀地插入第一屏蔽外壳；能量转换器包括固定外壳和设置在固定外壳内的第一燃料元件，固定外壳插入第一屏蔽外壳的部分开设有第一开口；反应激发器包括转动外壳和设置在转动外壳内的第二燃料元件，转动外壳上开设有第二开口，转动外壳转动可调整第二开口与第一开口的正对面积。该微型反应装置及其功率控制方法能够灵活地调整反应堆的功率以及放热效率。技术研发人员：李文强,叶俊希,凌思彤,鄢鹏程,蔡虎受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25