阅读说明：本技术 一种移动式的热管反应堆防撞系统 (Movable heat pipe reactor anti-collision system ) 是由 周涛 唐剑宇 刘文斌 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种移动式的热管反应堆防撞系统,在将热管反应堆运用于设计和建造可移动式核反应堆系统时,需更多考虑到在移动过程中撞击因素带来的安全隐患。防撞管的结构包括内管、外管及两管间的缓冲层；内管中填充有中子吸收材料,内管内壁与侧反射层外侧面之间形成中子吸收材料的流动区域。本申请的防撞系统通过在管内预装硼酸等中子吸收材料,确保在通过运输工具进行运输移动小型热管反应堆的过程中,特别是启动、刹车、或受到外界撞击、突发碰撞事故时,能及时阻止核辐射泄漏,从而保障人身、设备及环境安全。热管反应堆防撞系统可以适合于各类移动式乃至固定式核能系统,在边远地区、海岛、太空及军民融合等许多领域都可以得到重要应用。(The application relates to a movable heat pipe reactor anti-collision system, which needs to consider more potential safety hazards brought by impact factors in the moving process when a heat pipe reactor is applied to design and build a movable nuclear reactor system. The structure of the anti-collision pipe comprises an inner pipe, an outer pipe and a buffer layer between the two pipes; the inner tube is filled with neutron absorption materials, and a flow area of the neutron absorption materials is formed between the inner wall of the inner tube and the outer side surface of the side reflection layer. The anti-collision system ensures that nuclear radiation leakage can be prevented in time when a transport tool is used for transporting and moving the small-sized heat pipe reactor, particularly starting and braking or being impacted by the outside and causing a sudden collision accident, through pre-installing the neutron absorbing materials such as boric acid in the pipe, thereby ensuring the personal safety, the equipment safety and the environmental safety. The heat pipe reactor anti-collision system can be suitable for various mobile or even fixed nuclear energy systems and can be applied to many fields such as remote areas, islands, outer spaces, military and civil integration and the like.)

具体实施方式

以下结合附图说明本申请的具体实施方式。

本实施例的移动式的热管反应堆防撞系统，如图1所示，防撞管10的结构包括内管6和外管2，内管6的内侧两端设有向外的延伸部9，其与热管反应堆14外壁连接；内管6中填充有中子吸收材料，内管6内壁与热管反应堆14外壁之间形成中子吸收材料的流动区域5；

外管2罩设于内管6的外侧，外管2内壁与内管6外壁之间形成间隙，其内填充有缓冲层4，且外管2内壁与内管6外壁之间连接有加强筋3。

热管反应堆14的内部结构如图3所示，热管反应堆14内部靠近外壁的为侧反射层8，热管反应堆14外壁为设置在侧反射层8最外侧的一层铅壳17或钢板材料。侧反射层8内设置有控制转鼓11、热管燃料元件及石墨栅格区12中心设置有安全棒13，堆芯中含有大量放射性物质。当可移动式热管反应堆在移动、运输过程中，特别是启动、刹车中遭受撞击时，热管反应堆内部最靠近反应堆14外壁的侧反射层8，通过铅壳17或钢板材料等对其进行包裹覆盖，保护侧反射层8不被破坏，但单独的外壳结构防护力度有限。

在撞击损害到堆芯时，要在第一时间阻止核辐射的泄漏，本实施例的带有中子吸收材料的防撞系统，通过外管2、内管6、两管之间的结构可起到物理防护作用，内管6、外管2、内外管间的缓冲层4能够吸收大部分撞击力从而保护热管反应堆内最靠近外壁的侧反射层不被破坏。

当撞击力增大到破坏侧反射层8时，内管6内的中子吸收材料能够及时流入堆芯冷却终止反应，阻止核泄漏，起到化学防护的作用。从而有效保护移动式核反应堆附近人的生命安全，同时也极大减轻对环境的污染，保障人身、设备及环境安全。

实际应用过程中，根据热管反应堆14的结构、规格尺寸以及实际需求，防撞管10呈螺旋形、S形或直线形等布置在热管反应堆14的外壁上。

各类型布置形式的防撞管10沿热管反应堆的周向呈等间距分布，且各防撞管10的内管一端交汇至一总管道15，总管道15与外部的中子吸收材料的储存装置连接。确保有足够中子吸收材料流入堆芯。防撞管10呈直线形布置形式可参考图2。

防撞管10呈直线形或S形布置时相邻管间距可设置成5cm-10cm。

防撞管10呈螺旋形布置时，恒定螺距范围可设置成3cm-5cm。

其中，中子吸收材料采用硼酸溶液、铪酸铕或碳酸硼等。

具体地，硼酸溶液的溶度可设置为3000μg/g-50000μg/g。

中子吸收材料的储存装置可采用硼酸溶液储罐等，内管6与外部储罐连接，从而确保所有内管6内充满硼酸溶液。并且当遭受撞击硼酸泄漏，储罐内硼酸产生外流效应不断向热管反应堆14中补充溶液，从而起到终止反应的作用。

其中，内管6与中子吸收材料的储存装置连接管路上设置阀门。

上述实施例中，加强筋3沿管壁长度方向延伸，并沿周向均匀分布，如图4所示，每个加强筋3上开有若干小孔16。

加强筋3可起到稳固、增强区域强度以及单位负荷的能力，尽可能减小管材变形。同时，因为一般加强筋抗拉强度大于屈服强度，不易变形，而采取在其上打孔的方式使得其在面对正面撞击时，能吸收部分撞击力，防止受力冲击时加强筋3直接压入内管6，从而减小对内部防撞结构的影响。

上述实施例中，加强筋3两侧分别与内管6、外管2垂直连接，使内管6外壁、加强筋3与外管2内壁连接结构构成如图4所示的“工”字形。

上述实施例中，外管2外壁整个表面、以及热管反应堆14外壁的整个表面上设有柔性材料涂层1。

其中，柔性材料涂层1可采用柔性材料SPUA-601、SPUA-905等聚脲防撞涂层，厚度可设置为2mm-4mm，确保在遭受撞击时外层不破裂。

上述实施例中，内管6材料采用钢、金属基陶瓷复合材料、钛合金或哈式合金；外管2材料采用泡沫铝、极限压缩的石墨烯材料、纤维素纳米纤维、水凝胶复合材料或合金钢等。

其中，内管6采用的钢材料优选为高强度钢，如302不锈钢、304不锈钢等。

其中，内管6的内径可设置成40mm-50mm，壁厚可设置成2mm-4mm；外管2内径大于内管6外径，保证两者之间形成用于填充缓冲层4的间隙；加强筋3厚度可设置成2mm-4mm。

上述实施例中，外管2与内管6连接成的套管结构的横截面为方形或弧形(半圆形)。

当热管反应堆14在移动、运输过程中，特别是启动、刹车中遭受撞击时，由泡沫铝、合金钢等制成的外管2、以及柔性材料涂层1形成第一道抗碰撞的屏障，可将来自各个方向的撞击载荷均匀地传递到整个反应堆外壳上。

上述实施例中，延伸部9内侧与热管反应堆14外壁之间焊接。延伸部9外侧与外管2通过紧固件可拆卸式连接。

其中，延伸部9外侧与外管2通过如图1所示的固定螺栓7可拆卸连接。便于拆卸外管2进行更换，以及对内、外管间的缓冲层4材料更换，也便于对内管6进行检修。

内管6延伸部9可增加与内管6的接触面积，提高连接强度。

缓冲层4采用缓冲海绵层或碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、超强聚乙烯纤维等常规纤维，可吸收撞击力起缓冲减振作用。

内管6为第二道抗碰撞的屏障，通过高强度钢或钛合金管道防止损坏到侧反射层8。

侧射层8最外侧的一层铅壳17或钢板材料为第三道抗碰撞的屏障，防止损坏侧反射层8。

当内、外管及铅壳17都破裂并损害侧反射层8时，涂有柔性材料涂层1的外侧较不容易损害，因此硼酸向紧贴侧反射层8一侧(内侧)的裂缝流入如图3所示的热管燃料元件及石墨栅格区12。

在管道破裂时同时外连的硼酸储罐，因为管内硼酸流入其他区域而压强下降，打开阀门使更多的硼酸能够流入热管燃料元件及石墨栅格区12从而终止反应。

此外，若采用如图4所示的圆弧形管道，可增大与侧反射层的接触面积，确保裂缝出现位置能够有硼酸溶液及时流入。