ENuclear Thermal-hydraulic Laboratory1.2热管堆基本概念ATHeL:核反应堆热工水力研究实验室PART热管反应堆概念口热管反应堆：反应堆堆芯依靠热管冷却堆芯，无需冷却剂回路，热管将热量从堆芯导出到能量转换系统：堆芯中燃料和热管通过高导热率的堆芯基体材料相连TT电能屏蔽和控制系统堆芯本体废热06热量能量转热量废排除60000换系统热206系统热管11系统组成能量转换系统反应堆堆芯堆芯热管废热排放系统屏蔽系统控制系统及其他系统1/42
PART 1 1.2 热管堆基本概念 热管反应堆概念 7/42 热管反应堆：反应堆堆芯依靠热管冷却堆芯，无需冷却剂回路，热管将热量从堆 芯导出到能量转换系统；堆芯中燃料和热管通过高导热率的堆芯基体材料相连。 系统组成 堆芯热管 反应堆堆芯 能量转换系统 废热排放系统 屏蔽系统 控制系统及其他系统
EWNuclear Thermal-hydraulic Laboratory1.3热管堆发展历史ATHeL:核反应堆热工水力研究实验室PART围绕热管反2012年，美中国的西安交通大学应堆关键技国完成带核术研究，如NuThel提出实验装置碱金属高温DUFF，实NUSTER-热管、耐高100概念设计现热管反应温材料、耐井完成堆的首次带核演示，热高温燃料、NUSTER原热点转换等型堆非核实管堆取得重验演示关键技术。大突破196020121980200020192018美国洛斯阿21世纪初2018年，美拉莫斯国家美国太空探国完成热管实验室堆原型堆索计划重新首(LANL)提出，空间KRUSTY物次提出采用热管反应堆理启动、停热管导热元堆带核实验得到快速发件的新型空展，不同热研究。间核反应堆管堆设计方电源。案提出，如HOMERSAIRs等8/42
PART 1 1.3 热管堆发展历史 8/42 1960 1980 2000 2012 2018 2019 美 国 洛 斯 阿 拉 莫 斯 国 家 实 验 室 （LANL）首 次 提 出 采 用 热 管 导 热 元 件 的 新 型 空 间 核 反 应 堆 电源。 围 绕热管 反 应 堆 关键 技 术研究，如 碱 金 属高 温 热 管、耐 高 温材料、耐 高 温 燃料、 热 点 转换 等 关键技术。 21 世纪初， 美 国 太 空 探 索 计 划 重 新 提 出 ， 空 间 热管反应堆 得 到 快 速 发 展 ， 不 同 热 管 堆 设 计 方 案提出 ，如 HOMER 、 SAIRs等。 2012年，美 国完 成带 核 实验装置 DUFF ， 实 现 热 管反 应 堆 的 首次带 核演示，热 管 堆 取得 重 大突破。 2018 年 ， 美 国 完 成 热 管 堆 原 型 堆 KRUSTY 物 理启动 、停 堆 带 核 实 验 研究。 中 国 的西 安 交通大学 NuThel提 出 NUSTER- 100概念设计， 并完成 NUSTER 原 型 堆非核 实 验演示
2技术特点PartM6TONG热管堆基本原理热管堆优缺点CNuTHeL热管堆关键技术
Part2 技术特点 ◆热管堆基本原理 ◆热管堆优缺点 ◆热管堆关键技术
2Nuclear Thermal-hydraulic Laborator2.1热管堆基本原理ArTHel.核反应堆热工水力研究实验室PART堆芯冷却方式-热管冷却蒸发段绝热段冷凝段口吸液芯热管工作原理管壁蒸汽区一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽吸液芯化，在压差作用下流向另一端放出热量凝结成液体，液体靠毛细力的++++++It+t++tt1热阱热源作用流回蒸发段。口热管冷却方式的优点轻质量，小尺寸：气冷体积最大，液态金属冷却高温碱金属热管：体积最小，热管冷却体积适中工质：碱金属钠、钾、锂可操控性强，热管冷却方式具有最优的热瞬态反馈性能轴向：蒸发段、绝热段、冷凝段高可靠性：热管冷却方式中，每根热管各自独立径向：管壁、吸液芯、蒸汽区具有很大的热传输裕量，单根热管或数热管损坏后，热量可通过临近热管传出堆外，不会造成反应堆系统失效。I10/42
PART 2 堆芯冷却方式-热管冷却 2.1 热管堆基本原理 10/42 吸液芯热管工作原理 一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽 化，在压差作用下流向另一端放出 热量凝结成液体，液体靠毛细力的 作用流回蒸发段。 热管冷却方式的优点 ◆轻质量，小尺寸：气冷体积最大，液态金属冷却 体积最小，热管冷却体积适中 ◆可操控性强，热管冷却方式具有最优的热瞬态反 馈性能 ◆高可靠性：热管冷却方式中，每根热管各自独立， 具有很大的热传输裕量，单根热管或数热管损坏 后，热量可通过临近热管传出堆外，不会造成反 应堆系统失效。 高温碱金属热管： 工质：碱金属钠、钾、锂 轴向：蒸发段、绝热段、冷凝段 径向：管壁、吸液芯、蒸汽区 蒸发段 绝热段 冷凝段 热源 热阱 管壁 蒸汽区 吸液芯
NuclearThermal-hydraulic Laboratory2.1热管堆基本原理ArTHeL核反应堆热工水力研究实验室PART反应性控制方式传统反应堆控制系统，需要堆芯移动部件来控制且控控制棒制棒会额外增加堆芯的尺寸通过调节中子泄漏量进行反应性控制，需要移动较重的移动反射层材料，控制过程复杂，并且需要额外的质量很大反射层的支撑材料毒物在堆芯内没有移动部件，不会转鼓明显增加反应堆系统的质量和尺寸，有较高的可靠性反射层堆芯转鼓转鼓转鼓的材料主要与反射层一样，只是在部分工作表面涂了部分中子吸收毒物，通过将毒物面方式转向堆芯或转离堆芯，从而控制反应性。11/42
PART 2 反应性控制方式 2.1 热管堆基本原理 11/42 控制棒 传统反应堆控制系统，需要堆芯移动部件来控制，且控 制棒会额外增加堆芯的尺寸 移动 反射层 通过调节中子泄漏量进行反应性控制，需要移动较重的 反射层材料，控制过程复杂，并且需要额外的质量很大 的支撑材料 转鼓 在堆芯内没有移动部件，不会 明显增加反应堆系统的质量和 尺寸，有较高的可靠性 转鼓的材料主要与反射层一样，只是在部分 表面涂了部分中子吸收毒物，通过将毒物面 转向堆芯或转离堆芯，从而控制反应性。 转鼓 工作 方式