МОДУЛЬНЫЙ РЕАКТОР, ПРЕОБРАЗУЮЩИЙ ОТХОДЫ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Ядерный реактор для работы в течение десяти лет или более продолжительного срока без перезагрузки топлива, содержащий:
корпус реактора;
центральную активную зону внутри корпуса для выделения тепла в результате реакций деления ядер в ней, причем активная зона содержит одну или несколько исходных секций деления, по бокам которых расположены секции преобразования, и эта одна или несколько исходных секций деления остаются активной и неотъемлемой частью активной зоны, находящейся в критическом состоянии, на протяжении всего срока службы центральной активной зоны;
систему циркуляции гелия для отвода тепла путем циркуляции потока гелия, входящего в корпус реактора и выходящего из него, для поддержания температуры активной зоны в диапазоне от примерно 700°С до примерно 1000°С и для получения энергии из нагретого гелия снаружи корпуса;
причем одна или несколько исходных секций деления содержит топливные элементы в форме контейнеров из карбида кремния, внутри которых находятся спеченные топливные блоки, содержащие карбидные делящиеся и воспроизводящие нуклиды; и
систему удаления летучих продуктов деления из топливных элементов в процессе нормальной работы реактора.
2. Реактор по п.1, в котором одна или несколько исходных секций деления представляют собой две горизонтальные зоны, отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, каждая из которых содержит в целом круговую область блоков делящегося топлива, и расположенные по бокам секции преобразования представляют собой горизонтальные зоны блоков воспроизводящего топлива, которые расположены сверху, между и снизу двух горизонтальных зон, содержащих блоки делящегося топлива.
3. Реактор по п.2, в котором активная зона содержит также блоки воспроизводящего топлива, расположенные в центре и по периметру в целом круговых областей блоков делящегося топлива в соответствующих горизонтальных зонах, которые составляют одну или несколько исходных секций деления.
4. Реактор по п.3, в котором каждая из горизонтальных зон, которые составляют одну или несколько исходных секций деления и расположенные по бокам секции преобразования, содержит группу узлов топливных элементов, каждый из которых содержит кассету с множеством расположенных в ней топливных элементов, содержащих блоки спеченного топлива и ориентированных внутри активной зоны для обеспечения прохождения потока гелиевого теплоносителя в вертикальном направлении через узлы топливных элементах в проходах, прилегающих к каждому топливному элементу.
5. Реактор по п.4, в котором узлы ориентированных по вертикали топливных элементов в секциях преобразования и в исходной секции деления расположены таким образом, чтобы формировать группу прилегающих друг к другу вертикальных колонн, проходящих через центральную активную зону.
6. Реактор по п.4 или 5, в котором множество топливных элементов внутри каждой кассеты подсоединены по трубкам коллектора к общей магистрали для обеспечения отвода летучих продуктов деления в форме общего потока всех топливных элементов, расположенных в кассете.
7. Реактор по п.4 или 5, в котором каждый узел содержит множество делящихся и/или воспроизводящих топливных элементов в форме контейнеров, представляющих собой оболочку из карбида кремния, которая охватывают внутреннюю зону с топливом в форме пластины, содержащей спеченный карбид делящихся и/или воспроизводящих нуклидов.
2
8. Реактор по любому из пп.1-5, в котором центральная активная зона окружена блоками отражающего материала ВеО или BeC для формирования окружающей зоны отражателей, которая имеет круговую цилиндрическую внешнюю поверхность.
9. Реактор по п.8, в котором механизмы регулирования реактивности активной зоны в форме круговых цилиндрических регулирующих цилиндров, ориентированных в вертикальном направлении, расположены в полостях зоны отражателей для регулирования плотности нейтронов в активной зоне.
10. Реактор по п.8, в котором зона отражателей окружена кольцевым графитовым внешним отражателем, который, в свою очередь, окружен кольцевым нейтронным защитным экраном, содержащим материал, поглощающий нейтроны, причем защитный экран расположен в непосредственной близости от трубчатого корпуса активной зоны, который находится на некотором расстоянии от корпуса реактора для обеспечения проходов между ними для потока теплоносителя.
11. Реактор по любому из пп.1-5, 9 или 10, в котором спеченное карбидное топливо в топливных элементах занимает внутренний объем контейнера с плотностью упаковки от примерно 50 об.% до примерно 80 об.% для обеспечения пространства для накопления в нем нелетучих продуктов деления и поддержания достаточной пористости для миграции через поры и выхода летучих продуктов деления.
12. Реактор по п.11, в котором топливные элементы содержат спеченные практически монокарбидные материалы, которые содержат избыточный углерод в количестве по меньшей мере 5% непосредственно возле блоков топлива для обеспечения углерода для возможной химической реакции с продуктами деления.
1.05
1.3
13. Реактор по п.12, в котором топливные блоки исходных секций деления содержат UC-UC со степенью обогащения от примерно 4% до примерно 18%.
14. Реактор по любому из пп.1-5, 9, 10, 12 или 13, в котором материалы, находящиеся внутри активной зоны, выбирают таким образом, чтобы в большей части реакций деления внутри активной зоны использовались нейтроны, которые не замедлены до уровней тепловой энергии.
15. Реактор по п.14, в котором используются такие количества воспроизводящего и делящегося топлива в спеченных блоках внутри исходной активной зоны, что по истечении 10 лет практически непрерывной работы основная часть энергии, вырабатываемой реактором, является результатом деления нуклидов, которые присутствуют в исходной активной зоне реактора как воспроизводящие нуклиды и затем преобразуются в делящиеся нуклиды.
16. Реактор по любому из пп.1-5, 9, 10, 12 или 13, в котором контейнеры из карбида кремния топливных элементов, содержащие воспроизводящее и делящееся топливо в центральной активной зоне, обладают способностью к выравниванию смещений, вызванных радиацией, в диапазоне температур 700-1000°С, так чтобы центральная активная зона работала с высокими уровнями общей плотности излучения.
17. Реактор по п.16, в котором контейнеры топливных элементов содержат тканый материал из карбида кремния, импрегнированный осаждаемыми парами бета-модификации SiC.