TWI913609B - 固態流體熱接合熱管微反應器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種被動冷卻式核反應器，其包含熱交換器及鄰近該熱交換器設置之核反應器核心。該核反應器核心包含：燃料棒；熱管，其鄰近該燃料棒定位且自該核反應器核心延伸至該熱交換器中；緩和劑整體，其經組態以容納並間隔該燃料棒及該熱管；及熱接合材料，其設置在整個該緩和劑整體內部，以利用該熱接合材料環繞該燃料棒及該熱管，並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移。

Description

固態流體熱接合熱管微反應器

本揭示係關於核微反應器。

在一個態樣中，本揭示描述一種被動冷卻式核反應器。該被動冷卻式核反應器包含熱交換器及鄰近該熱交換器設置的核反應器核心。該核反應器核心包含：燃料棒；熱管，其鄰近該燃料棒定位且自該核反應器核心延伸至該熱交換器中；緩和劑整體(moderator monolith)，其經組態以容納並間隔該燃料棒及該熱管；及熱接合材料，其設置在整個該緩和劑整體內部，以利用該熱接合材料環繞該燃料棒及該熱管，並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移。

在另一態樣中，本揭示描述一種被動冷卻式核反應器。該被動冷卻式核反應器包含熱交換器及鄰近該熱交換器設置的核反應器核心。該核反應器核心包含：複數個燃料棒，自該核反應器核心延伸至該熱交換器中之複數個熱管，包含複數個孔口的緩和劑整體。該複數個燃料棒中之每一者經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第一組孔口，其中該複數個熱管中之每一者經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第二組孔口。該核反應器核心進一步包含圍繞該緩和劑整體之反射體及熱接合材料，該熱接合材料設置在整個該緩和劑整體內部以利用該熱接合材料環繞該複數個燃料棒及該複數個熱管並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移。該核反應器核心進一步包含圍繞該反射體之容器。該被動冷卻式核反應器進一步包含設置於該熱交換器遠端的複數個控制棒驅動機構，其中各控制棒驅動機構係經組態以驅動控制棒通過該熱交換器至該核反應器核心。

闡述大量特定細節以提供對如本揭示中所描述且隨附圖式中所說明之態樣的整體結構、功能、製造及使用的徹底理解。尚未詳細地描述熟知操作、組件及元件以免模糊說明書中所描述之態樣。讀者將理解，本文中所描述及說明之態樣為非限制性實例，且因此可瞭解，本文中所揭示之特定結構及功能細節可為代表性及說明性的。可在不脫離申請專利範圍之範疇的情況下對其進行變化及改變。此外，應瞭解，諸如「頂部」、「底部」、「向前」、「向後」、「左」、「右」、「向上」、「向下」等用語、及其他此等字詞為方便用語，而不應被詮釋為限制性用語。

在詳細解釋核微反應器的各種態樣之前，應注意，說明性實例在應用或使用上不限於附圖和實施方式中所說明部件的構造和配置之細節。說明性實例可經實施或併入在其他態樣、變型及修改中，並可用各種方式實踐或實現。此外，除非特別指出，否則本說明書所使用的術語及表達是為了方便讀者來描述說明性實例之目的而選擇，而不是為了對其限制的目的。而且，應理解下面所描述態樣、態樣的表達及/或實例之一或多者，可與其他下面所描述態樣、態樣的表達及/或實例之任何一或多者組合。

在風和太陽能加上能量儲存並非可行經濟選項的離網應用中，根據本揭示之各種態樣的核微反應器可經組態以充當高成本柴油及其他化石來源之電源替代物。在各種態樣中，根據本揭示之核微反應器亦可經組態為高度可攜式，使得其可被輸送至遠端位置，在該遠端位置處其可提供功率或在短時間內停機並準備好移動。根據本揭示之核微反應器的態樣亦可經組態以提供用於併網型電力應用之安全且堅固的來源，因在該應用中對於喪失電網完整性而延長停電的可能性係不可接受的。根據本揭示之核微反應器的其他態樣亦可經組態以自主操作，而無需永久型操作或維護人員來支援正常電力操作，且核心壽命為至少三年。此外，根據本揭示之核微反應器的額外態樣可經組態為氣冷式，從而消除對冷卻水源及在通常界定核反應器廠界之雙重圍籬外部之緊急計劃的需求。此等特性使得根據本揭示之微反應器的態樣能夠在接近電網及離網應用中取代高成本的化石燃料發電機，同時保持生產可靠性並消除與化石燃料相關的污染及碳排放。

根據本揭示之核微反應器的額外態樣可為固態、被動冷卻式的熱管反應器。在熱管反應器實施方案中，燃料(固體及環形兩者)、熱管、石墨緩和劑、及可選的金屬氫化物緩和劑元件可係機械獨立的，且全部藉由各種流體彼此熱接合，該等流體包括，但不限於，氣體，諸如氦氣、氬氣、或二氧化碳；液體金屬，諸如熔融鉛、錫、或熔融鉛/鉍；或熔融鹽，諸如氟/鋰/鈹(FLiBe)。在各種態樣中，熱接合係在液體熱接合材料之池中完成。液體熱接合之態樣可以具有防護容器的垂直定向採用，以排除由於反應器容器故障而損失冷卻劑的遠端可能性。液體熱接合之態樣提供大氣壓力操作、高功率轉換操作溫度與低燃料操作溫度的組合，同時提供被動、防故障之石墨覆蓋以防止氧化。大氣壓力操作對應於範圍從30 kPa至103 kPa的壓力。在一替代態樣中，使用氣體熱接合材料。氣體熱接合反應器係有利的，因為儘管其在操作期間被加壓，但在物理定向方面並未受到限制。

用於本文所描述之核微反應器之態樣的燃料材料涵蓋目前可獲得材料的整個範圍，包括，但不限於，氧化物、碳化物、氮化鈾、氮化-矽化鈾、及/或鈽。此外，三結構同向性粒子燃料(TRISO)材料亦適用於本文所描述之核微反應器，且提供尤其有利的高溫分裂產物圍堵。當考慮本文所述之核微反應器的氣體熱接合態樣時，TRISO的優點變得有吸引力。TRISO的缺點之一係使用較氧化物、碳化物、矽化物或氮化物陶瓷燃料顯著更高度濃縮的燃料材料。

在一個實例中，被動冷卻式核微反應器可包括熱交換器及鄰近該熱交換器設置之核反應器核心。該核反應器核心可包括燃料棒、熱管、經組態以容納並間隔該等燃料棒及該等熱管的緩和劑整體、及施加在整個該緩和劑整體內部的熱接合材料，以利用該熱接合材料環繞該等燃料棒及熱管，並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移。

在一個態樣中，熱接合材料係經組態以在由核反應器構造材料所限制之溫度下操作。可提供防護容器以容納在核反應器容器故障期間可能洩漏的任何液體熱接合材料。防護容器及核反應器容器間隙經定大小，使得液體熱接合材料位準將保持充分高於石墨以排除氧化且高於燃料以排除熱轉移降解，同時消除意外損失冷卻劑的可能性。用於預期操作過程之熱經由位於用於液體熱接合材料之核反應器正上方且鄰近用於氣體熱接合材料之核反應器的主熱交換器通過熱管自核反應器提取。主熱交換器隔離在功率轉換過程期間通過暴露至核反應器中子場而受到污染的熱管工作流體及/或當核反應器產生核熱時位在主熱交換器之清潔側上的熱轉移工作流體(液體或氣體)。主熱交換器中之流體(液體或氣體)壓力係使得受污染之主要流體因為功率轉換壓力始終高於熱管壓力而無法洩漏至功率轉換流體(液體或氣體)中。停機衰變熱係自反應器在正常條件下通過熱管，或通過反應器容器之自然對流空氣及/或水輔助冷卻來提取至最終散熱器。

在核微反應器之環形燃料實施方案中，環形燃料元件經定位於核微反應器內，以通過燃料棒外徑將核熱雙向地轉移至熱接合材料中，且通過位於環形燃料棒元件之內徑內的熱管直接轉移至主熱交換器。從環形燃料元件的外徑和固體燃料棒元件的任何外徑轉移的熱提供供石墨緩和劑將熱轉移至非燃料熱管的熱源。可選的金屬氫化物緩和劑反應器元件將在介於燃料棒之外徑之溫度與非燃料熱管之溫度之間的大致等溫條件下操作。在核微反應器的固體燃料實施方案中，固體燃料元件將核熱從燃料丸粒通過燃料棒的外徑轉移至熱接合材料中，並從熱接合材料轉移至石墨緩和劑然後再至非燃料熱管。

在各種態樣中，根據本揭示之核微反應器係經組態以通過燃料及反饋機構之獨特組合就最大功率輸出及操作溫度兩者而言自主且本質上自限制操作。燃料可在低於高濃縮鈾(HEU)的位準下濃縮，且因此將含有實質量的可孕燃料材料諸如238U或232Th，兩者皆具有顯著的共振吸收。存在來自燃料內之可孕材料的大量共振吸收確保始終存在顯著且立即的負都卜勒(Doppler)熱反饋。另外，石墨及可選金屬氫化物緩和劑之組合一起作用以限制隨核反應器功率位準而變化的最大穩態操作溫度。可將可燃吸收劑設置在核反應器內，以限制作為核心壽命之函數的可用過度反應性。反應性控制實現對反應性控制系統之限制，使得此控制系統之最糟情況故障藉由固有的負都卜勒及固體緩和劑功率/溫度反饋安全地補償。在一個態樣中，反應性控制系統利用插入至核反應器之核心及/或反射體區域中的強吸收劑。控制吸收劑提供在整個核心壽命期間在環境條件下實現安全反應器停機所需的各種反應性控制。

在一個態樣中，本文所描述之核微反應器係利用熱管來進行核熱輸送的固態、完全被動式反應器。熱管消除對諸如泵及閥之主動熱輸送組件的需求，藉此大大地簡化核微反應器之組態及構造。核微反應器中之唯一移動部件係反應性控制系統之控制元件。核微反應器之完全被動式操作、停機、及失控冷卻使得能夠整個消除如習知核反應器中所採用之完整安全系統，從而降低本文所述之核微反應器的成本及操作複雜度。在一個態樣中，核微反應器可經組態以由於核微反應器之簡單性、反應器保護要求及液體熱接合池及反應器圍堵結構保留可能由於缺陷而自燃料釋放之大部分分裂產物的能力，或由於反應器暫態，而不需要24/7操作者來操作。在各種態樣中，根據本揭示之核微反應器比習知之核反應器更具成本效益。核微反應器

圖1至26描繪核微反應器100的一個態樣，其中圖7至11、13及15展示第一內部核核心組態，圖17至26展示第二內部核核心組態，及圖1至6、12、14及16適用於兩種核核心組態。兩種內部核心組態之間的差異在於，第二內部核心組態展示為可選的緩和劑棒添加額外通道之實例組態。

圖1係根據本揭示之至少一態樣之核微反應器100的透視圖。核微反應器100包括核微反應器核心300、附接至核微反應器核心300之熱交換器200、及附接至熱交換器200之控制棒驅動機構104。核微反應器核心300具有圍繞及容納核微反應器核心300之容器302。容器302之底表面306處的近端位於地面上。熱交換器200附接至位在容器302之遠端處的遠端表面304(圖4)。熱交換器200之近端214安置在容器302之遠端上。控制棒驅動機構104附接至熱交換器200之遠端212。

參照圖1連同圖2，各控制棒驅動機構104具有自其朝遠端延伸的外殼棒102。每個外殼棒102包圍並容納反應性控制棒106(圖2)。控制棒106經組態以在外殼棒102中滑動並由控制棒驅動機構104驅動。圖2係根據本揭示之至少一態樣之圖1中顯示之核微反應器100的透視圖，其中控制棒驅動機構經移除。在圖2中，顯示核微反應器100，其中控制棒驅動機構104經移除以顯示控制棒106。控制棒驅動機構104經組態以驅動控制棒106通過熱交換器200中之通道110並進入至核微反應器核心300中。圖3係根據本揭示之至少一態樣之圖2中顯示之核微反應器100的透視圖，其中控制棒經移除。在圖3中，顯示核微反應器100，其中控制棒經移除以顯示控制棒通道110。控制棒106係用來控制在核微反應器核心300內發生的分裂，且因此，防止核微反應器核心300在反應器及/或功率故障或臨界狀態事故的情況下達到臨界溫度。

在各種態樣中，熱交換器200係由多個熱交換器區段202製成。在一個態樣中，各個熱交換器區段202係融合接合之熱交換器。熱交換器200之其他態樣可由一個組件，而非附接在一起的複數個區段製成。在各種態樣中，熱交換器200被動地冷卻核微反應器核心300。在各種其他態樣中，流體(液體或氣體)流動通過熱交換器200從而冷卻核微反應器核心300。各個熱交換器區段202具有遠端噴嘴204及近端噴嘴208。遠端噴嘴204界定孔206，且近端噴嘴208界定孔210。孔206、210容許工作流體(液體或氣體)進入及離開熱交換器區段202。在替代態樣中，熱交換器200可以任何合適的幾何形狀或功能實施方案組態，以使工作流體(液體或氣體)能夠進入及離開熱交換器200，從而被動地冷卻核微反應器核心300。在一些態樣中，通道108提供通過熱交換器200之中間的開放通道。在至少一個態樣中，熱交換器200不具有通道108。

在各種態樣中，熱交換器200通過燃料熱管216及非燃料熱管218熱連接至核微反應器核心300。圖4係根據本揭示之至少一態樣之圖3中顯示之核微反應器100的透視圖，其中熱交換器經移除。在圖4中，顯示核微反應器100，其中熱交換器經移除，以顯示從核微反應器核心300延伸至熱交換器200中的燃料熱管216、218。燃料熱管216延伸通過界定於核微反應器核心300中的通道308。每個燃料熱管216經組態以延伸通過核微反應器核心300中之環形燃料棒330(圖14)的內徑。非燃料熱管218延伸通過界定於核微反應器核心300中的通道310。非燃料熱管218較燃料熱管216更遠地延伸至熱交換器200中。此組態容許將熱交換器200之近端加熱至高於熱交換器200之遠端的溫度。在至少一個態樣中，工作流體(液體或氣體)通過遠端噴嘴204流入至熱交換器200中並通過近端噴嘴208流出。此可容許工作流體(液體或氣體)達到接近近端處之溫度的溫度。在一替代態樣中，工作流體(液體或氣體)通過近端噴嘴208流入至熱交換器200中並通過遠端噴嘴204流出。在至少一態樣中，工作流體(液體或氣體)為空氣。在一替代態樣中，工作流體為液體。

當燃料熱管216及非燃料熱管218在核微反應器核心300的操作期間加熱時，燃料熱管216及非燃料熱管218由於燃料熱管216及非燃料熱管218的熱膨脹而熱連接至主熱交換器。此利用燃料及非燃料熱管216、218之較高溫度以在核微反應器100的操作期間與主熱交換器200產生緊密的熱及機械連接。

圖5係根據本揭示之至少一態樣之圖4中顯示之核微反應器核心300的透視圖，其中熱管經移除。在圖5中，顯示核微反應器核心300，其中燃料及非燃料熱管216、218經移除。燃料熱管216係通過通道308插入至容器302中。非燃料熱管218係通過通道310插入至容器302中。熱交換器200中之控制棒通道110與核微反應器核心300中之控制棒通道312對齊，從而在核微反應器100中產生延伸通過熱交換器200進入至核微反應器核心300中之單一通道。換言之，各反應性控制棒106可經驅動通過熱交換器200中之通道110並進入至核微反應器核心300中之通道312中。容器302之遠端表面304界定用於通道308、310、312之孔，其為燃料熱管216、非燃料熱管218、及控制棒106提供格位。在一些態樣中，容器302在頂表面304之中心中界定通道314以容許抽空氣體介質。例如，通道314與熱交換器200中之通道108對齊，以容許通過兩個通道314、108抽空氣體介質。在至少一態樣中，頂表面304不具有通道314。容器302填充有熱接合材料，使得熱接合材料環繞核微反應器核心300的所有組件。例如，熱接合材料在其各別通道308及310中環繞燃料熱管216及非燃料熱管218。在一些態樣中，熱接合材料為液體熱接合材料。在各種替代態樣中，熱接合材料為氣體熱接合材料。

返回參看圖4，燃料可將核熱供應至液體熱接合材料中，以為燃料熱管216、非燃料熱管218、石墨緩和劑、及可選的金屬氫化物緩和劑反應器元件之外徑建立大致等溫的熱轉移熱邊界條件。液體熱接合使得能夠於組件之間界定大間隙及由於跨越液體接合之高導熱率而實現大公差。在各種態樣中，液體熱接合係與防護容器位於垂直定向，以排除因意外或以其他方式導致的冷卻劑損失。例如，液體熱接合材料之實例包括，但不限於，熔融鉛、鉛-鉍共晶體、鈉、鉀、鈉-鉀共晶體、及熔融鹽諸如FLiBe。

仍參看圖4，在一替代態樣中，利用氣體熱接合材料。氣體熱接合使得核微反應器核心300能夠被放置在任意定向。界定於燃料、石墨緩和劑、及燃料與非燃料熱管216、218(及較小程度上，若使用之固體緩和劑棒)之間的間隙之大小及變異性應經最小化，以限制燃料棒熱源與熱管散熱器之間的溫度梯度。在熱石墨緩和劑存在下，氣體熱接合材料將不會與石墨反應，且將不會是不良放射性或化學危害的來源。可能氣體熱接合材料之實例包括，但不限於，氦或二氧化碳。

現參看圖1至3，使用熱接合材料由於使用流體(液體或氣體)而導致在核微反應器100之組件上誘發最小熱應力，從而在核微反應器100的組件之間提供熱接合。熱接合消除如於習知熱管反應器中的情況(其中反應器組件熱耦接至通常為金屬性之固體結構整體)，彼此機械相互作用之個別組件的難題。

參照圖1至4連同圖14，在一態樣中，固態熱管核微反應器100可經組態為使用複數個環形燃料棒330(圖14)以及固態燃料棒。環形燃料棒330之內徑處的溫度高於環形燃料棒330之外徑處的溫度。在各種態樣中，環形燃料棒330之內徑熱接合至燃料熱管216，以將環形燃料棒330之內徑處的核熱轉移至環形燃料棒330之外徑。主熱交換器200中利用在環形燃料棒330之內徑處之溫度下的此較高溫度來實現較高工作流體溫度，而無需核微反應器100之所有構造材料及組件皆能耐受此類較高溫度。由環形和固體燃料元件外徑加熱的熱接合材料受到核反應器容器之構造材料的溫度限制。習知之構造材料已符合在約700°C之溫度下使用的資格。防護容器係用來容納可能因故障而洩漏出核反應器容器的任何液體熱接合材料，且仍保持液位高於燃料，從而消除或最小化冷卻劑損失的可能性，同時保持熱石墨緩和劑免受因任何潛在空氣侵入所致的氧化。氣體熱接合流體採用某些技術來使熱石墨緩和劑成為惰性，以免在萬一發生容器故障或氣體熱接合洩漏的情況下被潛在的空氣侵入氧化。

反應器燃料循環最初係針對鈾(U)：鈽(Pu)單程燃料循環來設計。然而，針對U：Pu、Pu：U及釷(Th)：U回收燃料循環的能力亦有可能使針對未來燃料循環成本及可用性之改變的靈活性最大化。在各種態樣中，可使用任何核反應器燃料循環。

繼續參照圖1至4連同圖14，用於預期操作過程的熱係經由主熱交換器200通過燃料及非燃料熱管216、218自核微反應器核心300提取，將反應器熱從反應器燃料及非燃料熱管216、218轉移至功率轉換系統工作流體。主熱交換器200經由燃料及非燃料熱管216、218自核微反應器核心300轉移核熱，並將熱管工作流體(例如，Na或NaK(其已通過暴露於反應器中子場而受到污染))與位在主熱交換器200之清潔側上的功率轉換及/或熱轉移工作流體隔離。核微反應器100利用經機械及熱耦接至主熱交換器200之燃料及非燃料熱管216、218。當組裝核微反應器100時，核微反應器100利用附接至反應器容器頭部之內部的主熱交換器200，該反應器容器頭部位於容器遠端表面304處，燃料及非燃料熱管218、216分別延伸通過該處並插入至反應器核心結構整體（或整體結構）378及環形燃料棒330之內徑中。此配置使得能夠更換主熱交換器200及燃料及非燃料熱管216、218，並容許自核微反應器核心300拆解熱輸送系統。從核微反應器核心300拆解熱輸送系統的能力使得能夠接近環形燃料棒330來進行修復、更換或移除。此過程可用於固結和永久處置或再處理。核微反應器100利用主熱交換器200，其中非燃料熱管218及燃料熱管216之內徑用於逆流熱轉移。其中，非燃料熱管218將其在熱交換器200中處於熱接合材料溫度下之的熱轉移至功率轉換工作流體，且燃料熱管216的內徑將其在熱交換器200中處於可從燃料棒330之內徑獲得之較高溫度下的熱轉移至功率轉換工作流體。此組態容許功率轉換工作流體接近較高燃料內徑溫度，因而除了燃料熱管216之內徑外，不必在整個反應器容器利用較高溫度相容材料。在至少一態樣中，功率轉換工作流體為空氣。

環形燃料熱管216將較可從液體熱接合池非燃料熱管218獲得者更高的溫度提供至主熱交換器200，藉此限制反應器容器及組件必須耐受的溫度。液體熱接合池非燃料熱管218充當主熱交換器200內之節能器區段，其中功率轉換工作流體首先以逆流方式與低溫池非燃料熱管218接觸，隨後再與高溫燃料熱管216接觸。結果，功率轉換工作流體係在可從燃料熱管216之內徑獲得的較高溫度下提供，而不需要用於將與液體熱接合池接觸之大量反應器構造的昂貴、高溫材料。在一個態樣中，燃料及非燃料熱管216、218係相變熱管，其中熱管工作流體(通常Na或NaK)在反應器區域中在低氣壓下蒸發，且藉由對流輸送至主熱交換器200內之冷凝器區域，在此其經冷凝並藉由重力及毛細芯作用被動地返回至反應器區域。

現參照圖14，在各種態樣中，核心結構整體378係由石墨製成。在一些替代態樣中，替代材料可充當核心結構整體378。核心結構整體378的主要目的係提供燃料、非燃料熱管、及可選緩和劑棒的對準。核心結構整體378係經機械隔離，但通過使用流體熱接合材料326熱接合至其他反應器組件。

設想反應器拆解及翻新係在具有特定設備之依用途設計的設施中進行，以致能進行反應器拆解、維修、翻新、燃料處理及固結、反應器重組裝、或處置已到達使用壽命終點之反應器組件。停機衰變熱係從反應器在正常條件下通過熱管，或當不可獲得通過主熱交換器之熱轉移時通過自然對流空氣及/或反應器容器之水輔助冷卻提取至最終散熱器。

返回參考圖1至4連同圖14，核微反應器100利用控制棒總成，該等控制棒總成插入至石墨核心結構整體378及/或反射體區域內的格點中並向上延伸通過主熱交換器200以驅動位於反應器容器頭部之頂部212處的機構104。該等控制棒總成係經組態以在不慎定位該等控制棒總成的情況下限制反應性。核微反應器100利用固定式可燃吸收劑，該等固定式可燃吸收劑經設計以在核心壽命期間隨時實現完整功率操作，同時限制必須藉由控制棒總成來控制的核心過度反應性。核微反應器100利用呈環形燃料/熱管組態的燃料，其中燃料熱管216作為環形燃料棒330的內徑，並可能利用額外的固體燃料棒。每個環形燃料丸粒係藉由液體熱接合池熱接合至內管及外管，以消除通過氣體間隙之熱轉移及相關的高燃料溫度、熱應力及分裂氣體釋放。將環形接合燃料/熱管組合之外徑浸沒在液體熱接合池中，以熱接合石墨及可選的金屬氫化物固體緩和劑以及額外的非燃料熱管218。亦可應用使用獨立燃料棒而不使用環形燃料及熱管的替代具體例。將燃料丸粒液體熱接合至包覆物(不論是環形或固體)大大地簡化燃料棒設計並且使得能夠使用習知的二氧化鈾燃料。此免除了開發用於新燃料材料形式之基礎設施的需求。經接合的燃料/熱管組合在燃料熱管216中於活性核心高度上方具備偏移，以消除原本將照射位於反應器上方之主熱交換器的中子/伽瑪聚束(gamma beaming)。

燃料與燃料熱管216及反應器容器之液體熱接合提供以下技術優勢。首先，由於由液體熱接合池所提供的傳導熱轉移，反應器組件內的熱應力經消除或最小化。液體熱接合為反應器組件中之各者產生接近等溫邊界條件。降低組件應力和疲勞將可延長組件的使用壽命，使得工廠壽命能夠延長至超出目前設想的八至十年。其次，將燃料熱接合至液體熱接合池及高傳導性石墨整體消除或最小化因相鄰熱管216、218故障而產生局部燃料熱點的可能性，以及在未將燃料熱接合至液體熱接合池及石墨整體之情況下所將產生的反應器結構應力。第三，消除或最小化關於個別熱管216、218故障的顧慮亦可消除對於複雜、安全相關、輻射硬化熱管儀器的需求，從而保護反應器免於不適當的燃料冷卻。液體熱接合池溫度的簡單測量可提供反應器內所有燃料之熱邊界條件的準確測量。第四，垂直定向核微反應器100使得能夠使用熱虹吸熱管，其可提高熱管216、218的能量輸送能力並藉此減小核微反應器100的尺寸。第五，液體熱接合提供熱慣性，其限制由於功率失配暫態所引起之溫度變化的安全性意涵，此導致簡單的控制系統設計從而提供穩定的操作。第六，液體熱接合池消除或最小化石墨氧化或失控的威格納(Wigner)能量熱轉移。最後，使用高A數(high-A number)的液體熱接合材料(例如，鉛)提供低成本、非常有效的反應器生物屏蔽。

現參照圖6至8，圖6係根據本揭示之至少一態樣之圖1中顯示之核微反應器100的側視圖。核微反應器核心300沿著軸向方向延伸，其界定核微反應器核心300的長度L。轉向圖7，其顯示根據本揭示之至少態樣，沿著如圖6中顯示之橫截面線7—7截取之核微反應器核心300組態的橫截面圖。在圖8中，顯示根據本揭示之至少一態樣之圖7中顯示之核微反應器核心300組態的透視圖。圖7及8顯示核微反應器核心300的內部組件，其包括複數個單位單元322及反應性控制單元324。單位單元322係經組態以容納呈任何組態(例如，堆疊及/或棒)之燃料及非燃料熱管216、218及燃料，其可共同地產生核功率並管理整個核微反應器核心300中之熱能。反應性控制單元324係經組態以容納熱管216、218、燃料、及控制棒106。在各種態樣中，一或多個單位單元322、324可進一步包括緩和劑組態，其可減緩自燃料棒組態發射之中子。如圖7中顯示之非限制性態樣中所描繪，單位單元322、324係經配置使得核心結構整體378包括整體六邊形幾何形狀，然而，在其他非限制性態樣中，單位單元322、324可經配置使得核心結構整體378取決於預期應用及/或使用者偏好而包括多種不同幾何組態中之任一者。

繼續參照圖6至8連同圖2，每一反應性控制單元324係經組態以容納反應性控制棒106(圖2)，其可共同地起作用以控制在核微反應器核心300內發生之分裂，且因此，防止核微反應器核心300在反應器及/或功率故障或臨界狀態事故之情況下達到臨界溫度。根據各種非限制性態樣，可降低或完全消除核微反應器核心300內之分裂量，完全消除分裂量可使核心停機。本揭示所考慮之反應性控制棒106包括中子吸收材料且可經組態為插入至反應性控制單元324中以在緊急情況下減慢及/或終止核反應。

核微反應器核心300進一步包括反射體316屏蔽。舉例而言，反射體316包括由厚中子屏蔽材料所構成且經組態以實質上包圍核微反應器核心300的一或多個板。反射體316進一步包括經組態以容納中子吸收材料的複數個控制鼓318。各控制鼓318通過通道320插入至反射體316中。在反應器及/或功率故障之情況下，控制鼓318朝向核微反應器核心300向內轉動，使得吸收性材料減輕輻射並控制核微反應器核心300之溫度。根據一些非限制性態樣，反射體316可另外及/或替代地包括經組態以在故障之情況下進一步減輕輻射之伽馬屏蔽(gamma shield)。

複數個單位單元322及複數個反應性控制單元324可經特定配置以建立核微反應器核心300之非限制性態樣的六邊形組態。亦明顯可知，各單位單元322及各反應性控制單元324亦可包括六邊形組態。然而，熟悉技藝人士當明瞭，六邊形組態僅係出於說明性目的而描繪。因此，本揭示考慮其他非限制性態樣，其中單位單元322、324包括任何數目個幾何組態(例如，正方形、圓形、三角形、矩形、五邊形、八邊形等)且經配置使得核微反應器核心300可包括任何數目個幾何組態。

進一步參考圖7，複數個單位單元322及複數個反應性控制單元324係沿著徑向方向配置。具體而言，圖7中顯示之非限制性態樣描繪具有48個燃料單位單元322及12個控制單位單元324的核微反應器核心300。然而，本揭示考慮其他非限制性態樣，其中核微反應器核心300包括任何數目個燃料單位單元322及控制單位單元324。實際上，向核微反應器核心300容易地添加或減去單位單元322、324之數目而不顯著地改變其設計之能力容許取決於預期應用及/或使用者偏好來容易地縮放核微反應器核心300。因而，亦可針對多個應用及要求來調節核微反應器核心300設計之輸出。由於單位單元322、324係經組態以容納包括放射性同位素之燃料，因此增加或減小單位單元322、324之數量可改變核微反應器核心300之輸出。

應瞭解，如本揭示中所使用，術語「徑向」描述當自上方檢視時，自核微反應器核心300之中心延伸的任一方向。因此，術語「徑向」之使用不應限於圓形或類似圓形之組態，且不應被解釋為意指核微反應器核心300限於圓形或類似圓形之組態。舉例而言，本揭示考慮非限制性態樣，其中核微反應器核心300包括矩形組態。根據此類態樣，核微反應器核心300可包括一或多個不同長度之徑向尺寸。

根據本揭示之至少一態樣，圖7係沿著圖6中顯示之橫截面線7--7截取之核微反應器核心300組態的橫截面圖，圖8係圖7中顯示之核微反應器核心300組態的透視圖，圖9A係圖7中顯示之整體結構的詳圖，及圖 9B係圖9A中顯示之整體結構的詳圖。現參考圖7至9B，複數個單位單元322及複數個反應性控制單元324可由固體材料塊(例如石墨)一體成形。因此，單元322、324中之每一者之內部特徵，諸如熱管通道、燃料棒通道、緩和劑通道及/或其類似者，可自固體材料塊鑽出並一體成形。然而，根據其他非限制性態樣，複數個單位單元322中之每一單位單元322及複數個反應性控制單位單元324中之每一反應性控制單位單元324可經模組化地形成並整合至核心塊中以促進核心設計之可調節性。無論如何，核微反應器核心300可經製造成包括任何數目個燃料單位單元322及/或反應性控制單位單元324。此容許縮放核微反應器核心300的組態。舉例而言，改變單位單元322及反應性控制單元324之數目容許使用者改變核微反應器核心300之徑向尺寸及長度，藉此改變其輸出及針對具有獨特輸出及/或空間約束之應用的靈活性。然而，核微反應器核心300組態基本上保持相同，不管輸出及尺寸之差異如何，此容許生產及效能之可預測性。此等特徵亦減少了為新應用設計所需之非重複工程化之量，且促進製造一致性及部件之標準化。儘管可縮放核微反應器核心300作為調節其輸出之手段，但該縮放應進一步考慮所實施熱管之額定功率、經調節輸出所需之反應性控制棒之適當數目、及控制鼓之有效性。

進一步參考圖7至9，單元322及324中之每一者係經組態成為自足的。應明瞭，如本揭示中所使用之術語「自足」係描述每個單位單元322或控制單元324經由熱棒獨立地耗散由定向在單位單元322或控制單元324內之燃料所產生之熱的能力。單位單元322及控制單元324係經配置使得熱接合材料326介於其等之間。因此，在任何給定單元322、324內之一或多個熱管故障的情況中，相鄰的單元322、324將轉移過量的熱離開核微反應器核心300。因此，單元322、324係經組態以確保即使在單元由於熱管故障而不再自足時，核微反應器核心300仍可在可接受的溫度下操作。

根據本揭示之至少一態樣，圖9A係圖7中顯示之整體結構378的詳圖及圖9B繪示圖9A中顯示之整體結構378的詳圖。燃料棒單位單元322及控制棒單位單元324包括複數個經組態以容納核微反應器核心300之燃料棒的燃料通道308及複數個經組態以容納核微反應器核心300之非燃料熱管218的熱管通道310。在一些態樣中，各燃料棒330經組態以具有插入穿過燃料棒330的燃料熱管216。具體言之，各燃料棒單位單元322包括二十四個燃料通道308及七個熱管通道310。然而，應瞭解，燃料棒單位單元322及/或控制棒單位單元324可包括任何數目個燃料通道308及熱管通道310，以最佳化核能之產生且增進自核微反應器核心300移除熱能之效率。在各種態樣中，燃料棒通道308的尺寸與非燃料熱管通道310的尺寸相同。在一些替代態樣中，燃料棒通道308的尺寸不同於非燃料熱管通道310的尺寸。

燃料棒330係經組態以插入至整體結構378中之第一組通道308中，且非燃料熱管218係經組態以插入至整體結構378中之第二組通道310中。在各種態樣中，整體結構378係由燃料棒單位單元322及控制棒單位單元324產生。在一些態樣中，燃料棒330係環形燃料棒，其中燃料來自插入至燃料棒330之外部包覆物333中的丸粒328。燃料熱管216插入至穿過燃料棒330的通道380中。圖9B之詳圖顯示圍繞燃料熱管216的丸粒328，兩者插入至第一組通道308中。在一替代態樣中，燃料棒具有固體燃料丸粒，且燃料熱管216不被插入通過燃料棒。熱接合材料326包圍容器302中之一切。例如，熱接合材料326存在於燃料熱管216與燃料棒330之間並且圍繞第二組通道310中的非燃料熱管218及第一組通道308中的燃料棒330。熱接合材料326亦位於單位單元322、324之間。另外，容許控制棒106插入至整體結構378中之控制棒通道312包括位於控制棒通道312內之熱接合材料326。當將反應性控制棒106(圖2)插入至控制棒通道312中時，熱接合材料326被移位以容許反應性控制棒106進入通道。一旦將反應性控制棒106插入至控制棒通道312中，熱接合材料326即環繞反應性控制棒106。

現參照圖9A及9B連同圖1至3，在各種態樣中，熱接合材料326可在核微反應器100的操作期間改變狀態(圖1至3)。熱接合材料326可在核微反應器100之初始操作期間處於第一狀態，在核微反應器100之操作期間處於第二狀態，及在核微反應器100停機之後處於第三狀態。例如，熱接合材料326可係鉛，其從核微反應器100操作前的固體狀態改變至操作期間的液體狀態。例如，由核微反應器100生成至鉛之熱接合材料326中的熱可將固體鉛熔化成液體鉛。在各種態樣中，一旦核微反應器100停機並冷卻，液體鉛熱接合材料326即固化。當微反應器不運行時熱接合材料326為固體的此過程有利於將核微反應器核心300的不同內部組件固持在適當位置。例如，此過程有利於輸送微反應器。

如先前所論述，每一單元322、324經組態為自足的。因此，每一熱管通道310由核微反應器核心300之若干燃料通道308包圍，使得由插入在燃料通道308內之燃料所產生的熱能被有效地自核微反應器核心300轉移開。舉例而言，燃料可包括中子發射材料(例如，氧化鈾、具有氮化鈾或碳氧化鈾核之三結構同向性粒子燃料)。

在各種態樣中，單位單元322、324可進一步包括緩和劑通道，其等經組態以容納核微反應器核心300之緩和劑(例如，基於氫化物之緩和劑、BeO等)，其中該緩和劑係經組態以延遲及抑制由插入於複數個燃料通道308中之燃料所發射之中子的傳播。圖17至26描述將緩和劑通道添加至核微反應器核心300的一個實例。

返回參考圖9A、9B連同圖1至3，在一些態樣中，單位單元322、324亦可包括經組態以容納中子吸收材料之特徵，該等中子吸收材料減緩在單位單元322、324之燃料棒通道308中發生的核反應。因此，可經由中子吸收劑之影響來進一步調節單位單元322、324及因此核微反應器核心300本身的功率分佈及徑向功率尖峰。

替代地及/或另外地，單位單元322、324可包括經組態以容納核微反應器核心300之其他儀器的額外特徵。

如圖7至9中所描繪，反射體316係以環繞六邊形配置之整體結構378之圓形組態配置。然而，在其他非限制性態樣中，反射體316可經配置以取決於預期應用及/或使用者偏好而圍繞複數個單位單元322、324形成若干不同幾何組態中之任一者。

根據本揭示之至少一態樣，圖10係圖7中顯示之核微反應器核心300組態之單位單元322、324的透視圖，圖11係圖7中顯示之核微反應器核心300組態之單位單元322、324的透視圖，及圖12係核微反應器核心300之反射體316組態的透視圖。現參照圖10至12，在一態樣中，反射體316、燃料單位單元322、及控制棒單位單元324係經組態以跨越核微反應器核心300之長度L的至少一部分。由於單位單元322、324容納燃料的組態，因此核微反應器核心300之長度L之量值可對應於核反應器的期望輸出。舉例而言，各單位單元322、324可經模組化地形成且整合至核心塊中。例如，圖12中所描繪之反射體316組態包括複數個反射體316，其包括控制鼓通道320，其中該等反射體316經組態以沿著核微反應器核心300之長度L的至少一部分延伸。在一些態樣中，反射體316可整體地形成。

在一態樣中，反射體316包括經組態以容納中子吸收及反射材料之複數個控制鼓318。各控制鼓318位於反射體316上的通道320中。在反應器及/或功率故障或反應器停機之情況下，控制鼓318朝向核微反應器核心300向內轉動，使得吸收材料可將核微反應器核心300停機。另外，反射體316可進一步包括經組態以實質上環繞反射體316、核微反應器核心300、及其內部組件的伽瑪屏蔽，從而進一步減輕輻射。在各種態樣中，伽瑪屏蔽係位於反射體316與容器302之內部之間。

在各種態樣中，核微反應器100可經組態用於各種應用，其中許多應用可具有尺寸及/或重量限制。因此，核微反應器核心300之組態容許長度L可特定地組態以適應核反應器之輸出、尺寸及/或重量要求。

根據本揭示之至少一態樣，圖13係沿著圖7中顯示之橫截面線13—13截取的整個核微反應器100之橫截面圖，及圖14係沿著圖7中顯示之橫截面線14—14截取之整個核微反應器100的橫截面圖。現參照圖13及14，棒340自容器302之底部306延伸至容器302中。各非燃料熱管218界定與棒340中之一者配接耦接的槽孔222。各燃料熱管216界定槽孔220，其亦與棒340中之一者配接耦接。棒340有助於將燃料熱管216及非燃料熱管218固持在適當位置。燃料熱管216及非燃料熱管218延伸通過底部反射體336、核心結構整體378、頂部反射體338、及容器302之頂部304而至熱交換器200中。各非燃料熱管218延伸通過核微反應器核心300中的通道310。通道310延伸通過底部反射體336、核心結構整體378、頂部反射體338、及容器302的頂部304。當熱交換器200抵靠核微反應器核心300之頂部304放置時，熱交換器200中之通道226與核微反應器核心300中之通道310對準。此容許非燃料熱管218延伸通過核微反應器核心300中之通道310且延伸至熱交換器200中之通道226中。

類似地，燃料棒330位於核微反應器核心300的通道308中，且燃料棒330延伸通過核心結構整體378。每個燃料熱管216延伸通過核微反應器核心300中的整個通道308，且其亦延伸通過燃料棒330中的通道380(圖16)。通道308類似於通道310且其穿過底部反射體336、核心結構整體378、頂部反射體338及容器302之頂部304。當熱交換器200抵靠核微反應器核心300的頂部304放置時，熱交換器200中的通道224與核微反應器核心300中的通道308對齊。此容許燃料熱管216延伸通過核微反應器核心300中的通道308，並進入至熱交換器200中的通道224中。如圖14中可見，非燃料熱管218延伸至熱交換器200中之比燃料熱管216更遠處。

類似於通道308及310，控制棒通道312延伸通過底部反射體336、核心結構整體378、頂部反射體338及容器302之頂部304。當熱交換器200抵靠核微反應器核心300的頂部304放置時，熱交換器200中的通道110與核微反應器核心300中的通道312對齊。各反應性控制棒106經組態以配置通過一或多個反應性控制單元324通過反應性控制棒通道312。如先前所論述，每一反應性控制棒106包括經組態以在緊急狀況下減慢及/或停止核微反應器核心300內之核反應的中子吸收材料。反應性控制棒106共同作用以防止核微反應器核心300在反應器及/或功率故障之情況下達到臨界溫度。

圖15顯示根據本揭示之至少一態樣，在圖13中顯示之熱交換器200之橫截面的詳圖。在各種態樣中，頂部噴嘴204藉由微通道228連接至底部噴嘴208，該等微通道在噴嘴204、208之間延伸至熱交換器200中。熱交換器200中之通道110、224、226自熱交換器200之底部214朝向熱交換器之頂部212延伸。通道110自底部214一直延伸至頂部212。在一態樣中，微通道228繞著較大通道110、224、226行進，使得微通道228在噴嘴204、208之間形成不中斷的通道。在一替代態樣中，微通道228與較大通道110、224、226會合。微通道228容許功率轉換工作流體流動通過噴嘴204、208。在至少一態樣中，功率轉換工作流體為空氣。在一態樣中，功率轉換工作流體在噴嘴208處流入至熱交換器200中並通過噴嘴204流出。在一替代態樣中，功率轉換工作流體在噴嘴204處流入至熱交換器200中並通過噴嘴208流出。

圖16係根據本揭示之至少一態樣，在圖14中顯示之環形燃料棒330之橫截面的詳圖。燃料熱管216界定經插入至棒340上的槽孔220，該棒340自容器302之底部延伸。燃料熱管216延伸通過燃料棒330，通過燃料棒330中的通道380。燃料棒330具有外部包覆物333，其自底部塞334延伸至頂部塞332。燃料位於外部包覆物333內部。在各種態樣中，燃料係呈環形丸粒328之形式。使用彈簧339來壓縮環形丸粒328。在一些替代態樣中，燃料可例如呈固體丸粒或棒形式。在一些態樣中，燃料棒330係經組態以附接至燃料熱管216，從而維持燃料棒330之位置在緩和劑整體結構378中之底部反射體336上方。在一替代態樣中，底部反射體336中之通道308具較小直徑，使得燃料棒330將位於底部反射體336之頂部上。該較小直徑可經選擇以仍容許熱管216延伸通過底部反射體336。如圖16所示，燃料棒330及燃料熱管216延伸通過通道308。

參照圖13至16，讀者可顯而易見，移除熱交換器200可使得操作員能夠觸及燃料棒330、燃料熱管216、及非燃料熱管218，以供進行檢查、更換、或維修。此係藉由燃料棒330、燃料熱管216、及非燃料熱管218通過通道308、310滑動至核微反應器核心300中的能力而實現。

核微反應器100可經組態以在核微反應器核心300中容納緩和劑。圖17至26中顯示將緩和劑添加至核微反應器核心300的實例整體結構382。核微反應器核心300以與圖7中顯示之整體結構378或圖17中顯示之整體結構382實質上相似的方式作用。整體結構378、382之間存在差異。圖17中顯示之整體結構382係如何將緩和劑棒352添加至核微反應器核心300之一實例。可以各種不同方式將緩和劑棒352添加至核微反應器核心300。例如，可簡單地用緩和劑棒置換一些燃料棒330。為簡潔起見，將不詳細描述核微反應器核心300之兩個整體結構378、382之間的所有相似性。

圖17係根據本揭示之至少一態樣之核微反應器核心300組態的橫截面圖。參照圖17，類似於第一整體結構378，核微反應器核心300之第二整體結構382包括複數個燃料單位單元342、344、346、348及反應性控制單位單元350。另外，第二整體結構382由反射體316環繞。燃料單位單元342、344、346、348經組態來容納燃料及非燃料熱管216、218及呈任何適合組態(例如，堆疊及/或棒)的燃料，其可共同地產生核功率並管理整個核微反應器核心300的熱能。反應性控制單元350係經組態以容納燃料及非燃料熱管216、218、燃料、及反應性控制棒106。

根據本發明之至少一態樣，圖18A係整體結構382的詳圖及圖18B係圖18A中顯示之整體結構382的詳圖。參照圖17、18A、及18B，緩和劑棒通道354係形成於燃料單位單元342、344、346、348及/或反應性控制單位單元350之間。緩和劑棒352係插入至緩和劑通道354中。就燃料棒330及非燃料熱管218而言，圖17中顯示之整體結構382類似於圖7中顯示之整體結構378。燃料棒330係插入至整體結構382中之通道308中，及非燃料熱管218係插入至整體結構382中之通道310中。各燃料熱管216係插入至延伸通過燃料棒330的通道380中。圖18B之詳圖顯示丸粒328圍繞燃料熱管216並插入至通道308中。

熱接合材料326包圍容器302中之一切。例如，熱接合材料326存在於燃料熱管216與燃料棒330之間並且環繞通道310中之非燃料熱管218。熱接合材料326亦存在於燃料單位單元342、344、346及348及/或控制棒單位單元350之間。此包括圍繞緩和劑棒通道354中之緩和劑棒352的熱接合材料326。類似於整體結構378，控制棒通道312容許將控制棒106插入至整體結構382中。當將反應性控制棒106(圖2)插入至控制棒通道312中時，熱接合材料326被移位以容許反應性控制棒106進入通道。一旦將反應性控制棒106插入至控制棒通道312中，熱接合材料326即環繞反應性控制棒106。

圖19至21係根據本揭示之至少一態樣，圖17中顯示之核微反應器核心300組態之燃料單位單元344、346及控制棒單位單元350的透視圖。參照圖19至21，類似於圖7中顯示之燃料單位單元322及控制棒單位單元324，圖17中顯示之燃料單位單元342、344、346、348及控制棒單位單元350係經組態以跨越核微反應器核心300之長度L的至少一部分。圖19顯示燃料單位單元342之堆疊，及圖20顯示燃料單位單元346之堆疊。如圖17至20中顯示，燃料單位單元342、344、346、348之間的差異在於緩和劑棒通道354的數目。換言之，緩和劑棒通道354係放置在燃料單位單元342、344、346、348的側邊上，且緩和劑棒通道354的數量係燃料單位單元342、344、346、348之間的差異。例如，燃料單位單元342具有5個緩和劑棒通道354，燃料單位單元344具有7個緩和劑棒通道354，燃料單位單元346具有12個緩和劑棒通道354，及燃料單位單元348具有9個緩和劑棒通道354。圖21中顯示之控制棒單位單元350具有12個緩和劑棒通道354。當經由將單位單元342、344、346、348、350放在一起來建構緩和劑整體382時，燃料單位單元342、344、346、348及控制棒單位單元350中的緩和劑棒通道354形成圓形通道。然而，在各種替代態樣中，緩和劑棒通道354可具有容許將緩和劑棒插入至通道中之任何幾何形狀或手段。

圖22至24顯示緩和劑棒352之3個不同實例。根據本揭示之至少一態樣，圖22係具有透明外殼之緩和劑棒352的側視圖，圖23係具有透明外殼之緩和劑棒352的側視圖，及圖24係具有透明外殼之緩和劑棒352的側視圖。圖22至24中顯示之緩和劑棒352之間的差異係位於外部包覆物356內部的物質。緩和劑棒352具有插入至外部包覆物356中的底部塞372。在一些態樣中，棒374插入通過外部包覆物356及底部塞372以將底部塞372鎖定在適當位置。底部端塞372界定延伸至底部端塞372中之槽孔373。外部包覆物356自底部塞372朝遠端延伸直至其到達頂部塞360。頂部塞360插入至外部包覆物356的遠端中。在一些態樣中，棒362插入通過外部包覆物356中的通道361及頂部塞360中的孔。此容許頂部塞360相對於外部包覆物356滑動通道361之長度。頂部塞360具有自頂部塞360朝遠端延伸的棒359。彈簧358經放置在外部包覆物356中及在棒359上，使得彈簧358自頂部塞360朝遠端延伸且在外部包覆物356外部。

底部塞372與頂部塞360之間的距離可分成3個區段，例如，底部堆疊368、中間堆疊366、及頂部堆疊364。在各種替代態樣中，該距離可被分成任何數目個區段。經插入至介於頂部塞360與底部塞372之間之緩和劑棒352之外部包覆物356中之材料的類型可變化。例如，材料類型可根據材料所在的區段而變化。經插入至緩和劑棒352中之一些潛在的材料類型可為丸粒、反射體及/或屏蔽物。圖22顯示底部區段368、中間區段366、及頂部區段364皆含有丸粒370。圖23顯示底部區段368、中間區段366、及頂部區段364皆含有緩和劑376。圖24顯示底部區段368及頂部區段364含有緩和劑376且中間區段366含有丸粒。在緩和劑棒352中存在可由包括丸粒、反射體及屏蔽物製成的許多組合。為了簡潔起見，未顯示所有組合。然而，讀者可容易地瞭解，圖23或24中顯示之緩和劑376的任何區段可用屏蔽物或丸粒切換。

根據本揭示之至少一態樣，圖25係沿著圖17中顯示之截面線25—25截取之整個核微反應器100的橫截面圖，及圖26係沿著圖17中顯示之截面線26—26截取之整個核微反應器100的橫截面圖。參照圖25及26，棒340自容器302之底部306延伸至容器302中。非燃料熱管218中之每一者界定與棒340中之一者配接耦接的槽孔222，各燃料熱管216界定與棒340中之一者配接耦接的槽孔220，且各緩和劑棒底部塞372界定與棒340中之一者配接耦接的槽孔373。棒340有助於將燃料熱管216、非燃料熱管218及緩和劑棒352固持在適當位置。燃料熱管216、非燃料熱管218、及緩和劑棒352延伸通過底部反射體336、核心結構整體382及頂部反射體338。燃料熱管216及非燃料熱管218通過容器302之頂部304延伸至熱交換器200中。將緩和劑棒352放置在核微反應器核心300中，使得彈簧358放置在從頂部304延伸並進入至容器302中的棒341上。彈簧358向緩和劑棒352內部的材料施加壓縮力。緩和劑棒352中之每一者延伸通過界定於核微反應器核心300中的通道354，非燃料熱管218中之每一者延伸通過界定於核微反應器核心300中的通道310，且燃料棒330中之每一者、及熱管216中之每一者延伸通過核微反應器核心300中的通道308。替代組態

已詳細描述兩種組態。然而，存在可用於核微反應器100的許多不同組態。下文將描述一些不同組態。

核微反應器100的一替代組態利用呈環形燃料/熱管組態的燃料，其具有熱管作為環形燃料棒的內徑，並可能具有額外的固體燃料棒。在此組態中，熱接合材料326係將取代液體之氣體。候選氣體包括，但不限於，二氧化碳或氦氣。氣體的目的有兩個：首先是要排除會氧化石墨緩和劑之氧，且其次係要在各種反應器組件之間提供熱接合。使用氣體熱接合容許反應器水平定向，其繼而使得能夠使用雙重冷凝器熱管，該雙重冷凝器熱管使得能夠實際地從反應器的兩側而非僅僅一側移除熱，如利用液體熱接合所需要。舉例而言，若熱交換器係水平定向，則熱交換器200可抵靠底表面306及頂表面304兩者置放。在一個態樣中，環形燃料丸粒係利用加壓氦回填而熱接合至內管及外管。此可導致較液體接合燃料更高的燃料溫度，但熱管反應器的低熱功率密度使得可接受更高的燃料溫度。在一些態樣中，將需要微反應器之加壓操作來使從燃料至熱管的熱轉移最大化。環形燃料/熱管組合的外徑通過氣體間隙將熱轉移至石墨及金屬氫化物固體緩和劑以及其他非燃料熱管。使用不具有環形燃料及熱管之獨立燃料棒的替代組態亦適用。在此態樣中，氣體熱接合由於熱管反應器典型的低熱功率密度而有效。

又另一組態係除了或排除石墨反應器結構中的環形燃料元件以外，再使用固體燃料棒、熱管、及可選的固體緩和劑棒之組態，其中前述反應器組件係藉由如上文所描述之液體熱接合材料或亦如上文所描述之氣體熱接合材料而彼此熱接合。如果除去環形燃料元件，則此態樣會以較高效率的熱轉移為代價來簡化主熱交換器組態。替代地，除了環形燃料元件之外，添加固體燃料元件將增加分給石墨緩和劑的低溫熱轉移功率。例如，可類似於如何將緩和劑棒添加至緩和劑整體382來添加固體燃料元件。額外或替代地，一些環形燃料棒可經固體燃料棒置換，其將需要彼等燃料棒通道與緩和劑通道相同。因此，彼等燃料棒通道將不具有離開核微反應器核心300之燃料熱管216。增加低溫恆定功率熱轉移分流使得能夠利用來自環形燃料棒內徑的高溫熱轉移最佳化來自環形及固體燃料棒外徑的低溫熱轉移，以最佳化燃料棒熱轉移及主熱交換器效能。

亦設想熱管之替代組態，其中熱管係熱虹吸裝置之熱管，同樣通常使用Na或NaK作為工作流體，但現在係在熔融管柱中處於大氣壓力或稍微高於大氣壓力。由於此組態需要垂直定向來實現熱虹吸效應，因此其最有利於液體熱接合技術。此等組態之間的差異在於熱管內的質量輸送機構在典型熱管(例如，燃料及非燃料熱管216、218)的情況下主要係作為蒸氣對流，而在熱虹吸的情況下主要係作為具有蒸氣補充的液體對流。在一些態樣中，熱虹吸由於工作流體之更大庫存，並藉此降低對污染之敏感性，而將較不易受故障影響。穩定性

反應器物理學經設計以通過都卜勒反饋(Doppler feedback)、石墨反應器結構之組合及視情況選用之金屬氫化物緩和劑的獨特組合(其共同作用以限制最大穩態操作溫度相對於反應器功率位準)而在最大功率輸出及最大操作溫度兩者中自主且固有地自限制。存在大量238U或232Th確保在此等可孕共振吸收體中始終存在來自都卜勒加寬之顯著且立即的負熱反饋，從而限制任何短期(＜ 1至約60秒)反應性失衡，以維持安全且本質上有限的操作。此立即的負燃料溫度反應性反饋對在來自反應性控制或功率轉換系統之快速反應性插入的極端不可能事件中所可達成之峰值功率提供固有限制。

中期(數分鐘至數天)反應性平衡及所得穩態反應器功率及上穩態操作溫度係藉由控制來自石墨之緩和相對於由可選固體金屬氫化物緩和劑所提供之緩和的比例來限制，從而確保反應器若無來自固體金屬氫化物緩和劑的額外有效緩和則實質上緩速不足(under-moderated)。石墨反應器結構提供主要的緩和以實現臨界狀態。然而，確定石墨與金屬氫化物緩和劑之比例，使得反應器在直至操作條件之溫度下接近最佳地緩和，但由於金屬氫化物緩和劑之非線性反應性反饋，使得核心反應性始終不足，包括無法致動反應性控制系統，以在高於反應器構造材料適用的溫度下維持額外的核熱。此反應性控制構件能夠限制反應性控制系統，使得此控制系統之最糟情況的故障藉由固有的負都卜勒及固體緩和劑功率/溫度反饋安全地獲得補償。

長期穩態反應性控制係通過審慎使用可燃吸收劑，以限制在整個操作壽命中之可用過度反應性來獲得。除了為一般良好工程實務之外，限制可用過量核心反應性具有限制在失去散熱下將會發生之反應器變熱的有利效應。此確保反應器材料保持在其等之合格使用溫度範圍內，而無需採取反應器控制動作，及使固體緩和劑元件內的壓力保持低於會導致覆蓋物失效的壓力。此使得反應器能夠無限期地安全承受任何的失去散熱事件，同時被動式停機熱移除系統提供衰變熱移除。

最後，反應性控制系統提供負反應性以使得能夠將反應器冷卻至環境溫度及調整反應性以最佳化反應器操作溫度相對功率輸出及壽命。反應性控制系統利用插入至反應器之核心及/或反射體區域中的強吸收劑。此等吸收劑提供在整個核心壽命期間在環境條件下導致反應器安全停機所需之各種反應性控制。反應性控制系統之最大可用反應性值係經設計使得沒有任何反應性控制系統的故障能夠提供將挑戰燃料安全極限或使反應器能夠超過最大安全操作溫度的正反應性。運輸

反應性控制系統係使用作為從製造點至目標位點利用液體金屬/熔融鹽熱接合之反應器之安全輸送的基本部分。反應器係在製造環境中組裝，使得當亦將燃料裝載於反應器中時，藉由始終將控制元件完全且機械地鎖定插入至反應器區域中來嚴格地避免臨界狀態。將控制元件鎖定至反應器中足以在反應器被完全加滿燃料且兩個最具反應性之控制元件(N-2標準)被解鎖且完全撤回之極端不可能的事件中排除臨界狀態。反應器製造中之其中一個最終步驟涉及利用液體熱接合材料填充經組裝的反應器，且容許液體固化或冷凍，藉此將反應器鎖定於已知安全停機狀態中以供輸送，並且直至反應器安全地安裝在其最終位置處為止。

運送冷凍於其操作中之液體熱接合材料中的反應器係實質且被動的安全依賴事項(Item Relied On For Safety ；IROFS)，因其在輸送期間提供以下的安全相關功能。首先，其防止控制元件自其在反應器及/或反射體內之位置移動，從而保證反應器始終處於次臨界狀態而具有實質安全裕度。其次，其防止反應器被水淹沒以增加緩和及反應性。第三，其使得能夠在工廠環境中製造具有相關聯品質及生產力效益的成品反應器，以快速地達成較低成本及較快的遞送排程。第四，其使正常輸送加速跨越整個反應器結構分佈，而非容許應力集中從而藉由由間隙及跨越間隙元件之加速所引起之局部負載損壞精細的燃料結構。第五，其由於經冷凍之反應器的高重量及使液體自反應器熔化必須時間及能量的需求，而使得燃料材料基本上免於轉向。第六，其保護環境免於在可靠運輸衝擊負載事件中疏散的任何可能性。最後，第七，其提供燃料材料與環境的屏蔽，使得能夠使用回收的燃料材料。

替代地，氣體熱接合組態亦依賴以反應性控制系統作為反應器自製造點至目標位點之安全輸送的基本部分。反應器係在製造環境中組裝，使得當亦將燃料裝載於反應器中時，藉由始終將控制元件完全且機械地鎖定插入至反應器區域中來嚴格地避免臨界狀態。將控制元件鎖定至反應器中足以在反應器被完全加滿燃料且兩個最具反應性之控制元件被解鎖且完全撤回之極端不可能的事件中排除臨界狀態。運送其控制元件以機械方式鎖定在完全插入位置的反應器係實質的安全依賴事項(IROFS)，因其在輸送期間提供以下的安全相關功能。首先，其防止控制元件自其在反應器及/或反射體內之位置移動，從而保證反應器始終處於次臨界狀態而具有實質安全裕度。其次，其使得能夠在工廠環境中製造具有相關聯品質及生產力效益的成品反應器，以快速地達成較低成本及較快的遞送排程。最後，第三，其最大限度地減輕在運輸中的反應器重量。優點

核微反應器100存在許多優點。例如，環形燃料棒在來自燃料外徑之低溫和來自燃料ID之高溫下將熱轉移至熱接合材料，且該溫度差使源溫度和功率轉換循環效率增加。另外，核微反應器100具有利用非環形包覆燃料棒來提高燃料負載及直接至熱接合材料之熱轉移的靈活性。利用液體熱接合材料將燃料棒熱接合至固體及環形燃料丸粒兩者可最小化燃料丸粒熱應力及分裂氣體釋放。

核微反應器100具有非結構性、低寄生石墨緩和劑整體，以提供反應器組件格子間距及自然循環冷卻劑通道，其降低反應器分裂負載需求並使得能夠熱接合所有反應器組件。所有反應器組件均於石墨緩和劑結構內徑向浮動，且可熱接合至液體熱接合材料池以消除氣體間隙熱轉移而有利於液體熱傳導。液體熱接合提供許多益處，包括，但不限於，最小化熱應力，即使在多個熱管故障的事件中仍確保充分冷卻燃料，增加反應器熱慣性，藉此減慢對預期操作發生的功率/溫度反應器暫態響應，消除來自威格納(Wigner)能量釋放之石墨緩和劑燃燒或損壞的任何顧慮，提供低成本、高效的反應器容器及生物屏蔽，能夠輸送其中之控制元件冷凍於停機位置的反應器，及藉由利用冷凍液體熱接合材料置換任何反應器空隙體積來阻止淹沒。

替代地，可利用氣體熱接合材料，其中反應器組件自由浮動於石墨緩和劑整體結構內。使用氣體熱接合使得能夠水平定向，其接著使得能夠使用雙冷凝器熱管與雙主熱交換器來最大化功率輸出。使用氣體熱接合材料需要在高於大氣壓力下操作以獲得可接受之熱轉移，其藉此在冷卻劑由於洩漏或熱擴散而損失的情況中需要補償動作來維持可接受的停機熱轉移及惰性氛圍，從而阻止石墨緩和劑整體之氧化。

由於使用諸如鉛的高A液體熱接合材料，核微反應器100的緊急規劃區(Emergency Planning Zone)不大於廠界，這是在燃料故障之極端不可能事件中限制放射性釋放的有效機制。另外，反應器容器內含有一體式反射體及容器屏蔽並且熱接合至反應器熱接合材料。防護容器可排除損失液體熱接合。防護容器係經設計以確保即使在超出設計基礎的容器故障事件中，燃料仍將保持被熱接合材料所覆蓋。若需要，核反應器100可經設計，使得被動空氣停機冷卻藉由用於停機衰變熱移除之防護容器的水熱轉移而增強。

核微反應器100可通過利用可選的金屬氫化物固體緩和劑負反應性反饋被動地限制最大反應器溫度。反應器安全儀器亦受限於反應器熱接合材料最大溫度及核通量監測。對於所需之核或熱轉移參數的核心內儀器為不必要的。此容許藉由保持恆定的高溫臨界狀態而自主操作。由於來自金屬氫化物固體緩和劑的強負反饋，僅需要操作員互動來接近臨界狀態。

與主熱交換器進行熱管熱/機械連接使得能夠藉由抬升具有自主熱交換器之底部離開反應器區域之熱管延伸的主熱交換器來接近反應器。此將容許修復反應器及為反應器加燃料，及更換主熱交換器及熱管。藉由使用進入主熱交換器中之熱管的雙金屬、差別熱膨脹(例如，鋼/銅)來增強至主熱交換器的熱管熱連接。此利用熱管之較高溫度來建立與主熱交換器之緊密熱及機械連接。

核微反應器100可使用金屬氫化物來進行補充緩和及額外的負反應性反饋，其使用由金屬氫化物之高溫緩和降解所產生的負反應性反饋。

核微反應器核心300具有供無燃料熱管轉移核及停機熱的格位。其亦具有用於燃料棒之格位。在一些態樣中，該等燃料棒具有環形丸粒燃料棒組件。額外地或替代地，該等燃料棒可具有固體丸粒燃料棒組件。微反應器可容納在固體及環形燃料元件兩者中使用的可燃吸收劑。非燃料熱管及燃料熱管均可適應鹼金屬相變及用於自反應器燃料至主熱交換器之被動核熱輸送之熱虹吸熱管兩者的使用。微反應器亦具有供用於反應器停機及精細功率/溫度控制之控制元件用的格位。實例

在以下的編號實例中闡述本文所述主題之各種態樣。

實例1 - 一種被動冷卻式核反應器，其包含熱交換器及鄰近該熱交換器設置之核反應器核心。該核反應器核心包含：燃料棒；熱管，其鄰近該燃料棒定位且自該核反應器核心延伸至該熱交換器中；緩和劑整體，其經組態以容納並間隔該燃料棒及該熱管；及熱接合材料，其設置在整個該緩和劑整體內部，以利用該熱接合材料環繞該燃料棒及該熱管，並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移。

實例2 - 如實例1之核反應器，其中該緩和劑整體進一步界定複數個孔口，其中該燃料棒經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第一孔口，且其中該熱管經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第二孔口。

實例3 - 如實例1或2之核反應器，其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第三孔口的緩和劑棒。

實例4 - 如實例1、2或3之核反應器，其中該核反應器核心通過該熱管與該熱交換器接觸。

實例5 - 如實例1、2、3或4之核反應器，其中該熱接合材料包含雙態材料。

實例6 - 如實例1、2、3、4或5之核反應器，其中在該核反應器之第一狀態中，該熱接合材料係呈固體狀態以將該燃料棒及該熱管鎖定在適當位置，及在該核反應器之第二狀態中，該熱接合材料係呈液體狀態。

實例7 - 如實例5之核反應器，其中該雙態材料為鉛。

實例8 - 如實例1、2、3或4之核反應器，其中該熱接合材料為氣體。

實例9 - 如實例1、2、3、4、5、6、7或8之核反應器，其中該緩和劑整體包含單位單元。

實例10 - 如實例1、2、3、4、5、6、7、8或9之核反應器，其中該燃料棒係界定一孔口之環形燃料棒，其中該熱管係第一熱管，且其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過由該環形燃料棒所界定之該孔口的第二熱管。

實例11 - 如實例10之核反應器，其中該第一熱管延伸至該熱交換器中之比該第二熱管更遠處。

實例12 - 如實例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11之核反應器，其中該核反應器係經組態以在30 kPa至103 kPa範圍內之大氣壓力下操作。

實例13 - 如實例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12之核反應器，其進一步包含設置於該熱交換器遠端之控制棒驅動機構，其中該控制棒驅動機構係經組態以驅動控制棒通過該熱交換器至該核反應器核心。

實例14 - 一種被動冷卻式核反應器，其包含熱交換器及鄰近該熱交換器設置之核反應器核心。該核反應器核心包含：複數個燃料棒，自該核反應器核心延伸至該熱交換器中之複數個熱管，包含複數個孔口的緩和劑整體。該複數個燃料棒中之每一者經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第一組孔口，其中該複數個熱管中之每一者經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第二組孔口。該核反應器核心進一步包含圍繞該緩和劑整體之反射體及熱接合材料，該熱接合材料設置在整個該緩和劑整體內部以利用該熱接合材料環繞該複數個燃料棒及該複數個熱管並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移。該核反應器核心進一步包含圍繞該反射體之容器。該被動冷卻式核反應器進一步包含設置於該熱交換器遠端的複數個控制棒驅動機構，其中各控制棒驅動機構係經組態以驅動控制棒通過該熱交換器至該核反應器核心。

實例15 - 如實例14之核反應器，其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過該緩和劑整體中之第三組孔口的複數個緩和劑棒。

實例16 - 如實例14或15之核反應器，其中該熱接合材料係雙態材料。

實例17 - 如實例14、15或16之核反應器，其中在該核反應器之第一狀態中，該熱接合材料係呈固體狀態以將該複數個燃料棒及該複數個熱管鎖定在適當位置，且在該核反應器之第二狀態中，該熱接合材料係呈液體狀態。

實例18 - 如實例14、15、16或17之核反應器，其中該複數個燃料棒係環形燃料棒，其中該複數個熱管係第一複數個熱管，且其中該核反應器核心進一步包含第二複數個熱管，其中該第二複數個熱管之各熱管經組態以可滑動地設置通過由該複數個燃料棒之各環形燃料棒所界定的孔口。

實例19 - 如實例18之核反應器，其中該第一複數個熱管延伸至該熱交換器中之比該第二複數個熱管更遠處。

實例20 - 如實例14、15、16、17、18或19之核反應器，其中該反射體包含複數個控制鼓。

本文中所提及的所有專利、專利申請案、公開案或其他揭示材料皆特此以全文引用之方式併入，如同各個別參考文獻分別以引用方式明確地併入一般。據稱以引用之方式併入本文中之所有參考文獻及其任何材料或其部分僅在併入之材料不與本揭示中所闡述之現有定義、陳述或其他揭示材料矛盾之程度上併入本文中。因而，且在必要程度上，如本文中所闡述之揭示內容取代以引用方式併入本文中之任何矛盾之材料，且以本申請案中明確闡述之揭示內容為準。

已參照各種例示性及說明性態樣描述固態流體熱接合熱管微反應器之各種態樣。本文中所描述之態樣應理解為提供本揭示之各種態樣之不同細節的說明性特徵；且因此，除非另外指定，否則應理解，在可能之情況下，所揭示態樣之一或多個特徵、元件、組件、組份、成份、結構、模組及/或態樣可與或相對於所揭示態樣之一或多個其他特徵、元件、組件、組份、成份、結構、模組及/或態樣組合、分開、互換及/或重新配置，而不脫離本揭示之範圍。因此，一般熟悉本技藝者將認識到，可在不脫離本揭示範圍之情況下進行例示性態樣中之任一者的各種替代、修改或組合。另外，熟悉本技藝者將認識到，或能夠在審閱本說明書後僅使用常規實驗確定本文中所描述之本揭示之各種態樣的許多等效物。因此，本揭示不受各種態樣之描述限制，而是受申請專利範圍限制。

熟悉本技藝者將認識到，一般而言，本文中且尤其在所附申請專利範圍中(例如，所附申請專利範圍之主體)所使用之術語一般意欲作為「開放式(open)」術語(例如，術語「包括(including)」應解譯為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解譯為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解譯為「包括但不限於」等)。熟習該項技藝者將更瞭解，如果意欲特定數量的所引用請求項陳述(claim recitation)，則在申請專利範圍中明確陳述此意圖，而在沒有此陳述的情況下，則此意欲就不存在。例如，為了幫助瞭解，隨後所附申請專利範圍可包含引介片語「至少一個(at least one)」和「一或多個(one or more)」的使用以引介請求項陳述。然而，這類片語的使用不應經詮釋以暗示請求項陳述中以不定冠詞「一(a)」或「一個(an)」引介將包含此所引介請求項陳述的任何特定請求項限制為僅含一此種陳述的請求項，即使當相同請求項包括引介片語「一或多個」或「至少一個」和諸如「一」或「一個」的不定冠詞(例如，「一」及/或「一個」通常應解釋為意指「至少一個」或「一或多個」)；對用於引介請求項陳述的定冠詞使用亦是如此。

此外，即使明確地敍述特定數目之所引介請求項陳述，但熟悉本技藝者將認識到，此類敍述通常應解譯為意謂至少所敍述之數目(例如，不具有其他修飾語的無修飾敍述「兩個敍述」通常意謂至少兩個敍述或兩個或更多個敍述)。此外，在使用類似於「A、B和C等之至少一者」之習用語的彼等態樣中，一般此類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解常規之意義(例如，「具有A、B及C中之至少一者的系統」將包括，但不限於，具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起等的系統)。在使用類似於「A、B或C等之至少一者」之習用語的彼等態樣中，一般此類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解常規之意義(例如，「一種具有A、B或C之至少一者的系統」將包括，但不限於，僅具A、僅具B、僅具C、結合A和B、結合A和C、結合B和C、及/或結合A、B和C等的系統)。熟習該項技藝者將更瞭解到，無論是在實施方式、申請專利範圍或圖式中，通常代表兩或多個替代性用語的選擇性字及/或用語都應理解成，除非另有特別說明，否則考慮包括多個用語之一者、多個用語之任一者、或兩用語的可能性。例如，用語「A或B」將通常瞭解為包括「A」或「B」或「A和B」的可能性。

關於所附申請專利範圍，熟習本技藝者應瞭解，其中所列舉之操作通常可以任何次序執行。此外，雖然請求項陳述係以順序呈現，但應理解，可以所描述者以外的其他次序來執行各種操作，或可同時執行各種操作。除非上下文另外規定，否則此類替代排序之實例可包括重疊、交錯、中斷、重新排序、遞增、準備、補充、同時、反向或其他變異排序。此外，除非另有特別說明，否則如「隨著」、「關於」或其他過去式形容詞之類的用語通常不意欲排除這類變異形式。

值得注意，「一個態樣」、「一態樣」、「一個態樣」、「一態樣」、「一示例」、「一個示例」等的任何參考意味著一結合態樣描述的特定特徵、結構或特性包含在至少一態樣中。因此，在整個說明書中各處出現的片語「在一個態樣」、「在一態樣」、「在一示例」和「在一個示例」不必然都意指相同態樣。此外，在一或多個態樣中可採用任何適當方式組合多個特定特徵、結構或特性。

如本文中所使用，除非上下文另外清楚地規定，否則單數形式「一(a)」、「一個(an)」及「該(the)」包括複數個參考物。

除非另外明確地陳述，否則本文中所使用之方向性片語，諸如但不限於頂部、底部、左、右、下部、上部、前部、背部及其變化形式，應關於隨附圖式中所展示之元件之定向且不對申請專利範圍造成限制。

除非另有特別指定，否則本揭示中所使用之術語「約」或「大約」意指一特定值憑藉熟悉本技藝者所判定之可接受誤差，該誤差部分地取決於數值的量測或確定方式。在某些態樣中，術語「約」或「大約」意指在1、2、3或4個標準偏差內。在某些態樣中，術語「約」或「大約」意指在一給定值或範圍的50%、200%、105%、100%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%或0.05%內。

在本說明書中，除非另外指示，否則所有數值參數應理解為在所有態樣中均藉由術語「約」作為前言且修飾，其中該等數值參數具有用於確定參數之數值之根本量測技術的固有可變性特性。最起碼而言，且不試圖將均等論之應用限制於申請專利範圍之範疇，本文中所描述之每一數值參數應至少根據所列舉有效數字的數目且通過應用普通四捨五入技術來詮釋。

本文中所列舉之任何數值範圍包括包含於所列舉的範圍內之所有子範圍。舉例而言，範圍「1至100」包括介於(且包括)所列舉最小值1與所列舉最大值100之間的所有子範圍(亦即，具有等於或大於1之最小值及等於或小於100之最大值)。此外，本文所列舉之所有範圍包括所列舉範圍之端點。舉例而言，範圍「1至100」包括端點1及100。本說明書所列舉之任何最大數值限制意欲包括其中所包含之所有較低數值限制，且本說明書所列舉之任何最小數值限制意欲包括其中所包含之所有較高數值限制。因此，申請人保留修改本說明書(包括申請專利範圍)之權利，以明確地列舉涵蓋在明確列舉範圍內之任何子範圍。本說明書本質上描述所有此類範圍。

在本說明書中所參考及/或在任何申請資料表(Application Data Sheet)中所列出的任何專利申請案、專利案、非專利公開案或其他揭示材料以引用方式併入本文中，在某種程度上，併入材料與本說明書不相矛盾。因而，且在必需之程度上，如本文中所明確闡述之揭示內容取代以引用方式併入本文中之任何矛盾材料。據稱以引用方式併入本文中但與本文中所闡述之現有定義、陳述或其他揭示內容材料相矛盾的任何材料或其部分將僅在彼併入材料與現有揭示內容材料之間不出現矛盾的程度上併入。

術語「包含(comprise)」(及包含之任何形式，諸如「包含(comprises)」及「包含(comprising)」)、「具有(have)」(及具有之任何形式，諸如「具有(has)」及「具有(having)」)、「包括(include)」(及包括之任何形式，諸如「包括(includes)」及「包括(including)」)以及「含有(contain)」(及含有之任何形式，諸如「含有(contains)」及「含有(containing)」)為開放式連繫動詞。因此，一種「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個元件之系統具有彼等一或多個元件，但不限於僅擁有彼等一或多個元件。同樣地，一種「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個特徵的系統、裝置或設備的元件擁有這類一或多個特徵，但不限於僅擁有這類一或多個特徵。

儘管上文已出於說明之目的描述本揭示之特定實例，但熟習本技藝者將顯而易見，在不脫離隨附申請專利範圍中所定義之本揭示的情況下，可對本揭示的細節進行大量變化。

100:核微反應器102:外殼棒104:控制棒驅動機構106:反應性控制棒108:通道110:通道200:熱交換器202:熱交換器區段204:遠端噴嘴；頂部噴嘴206:孔208:近端噴嘴；底部噴嘴210:孔212:熱交換器之遠端；熱交換器之頂部214:熱交換器之近端；熱交換器之底部216:燃料熱管218:非燃料熱管220:槽孔222:槽孔224:通道226:通道228:微通道300:核微反應器核心302:容器304:遠端表面；頂表面306:容器之底表面308:燃料通道310:熱管通道312:控制棒通道314:通道316:反射體318:控制鼓320:通道；控制鼓通道322:燃料單位單元324:反應性控制單元326:熱接合材料328:丸粒330:環形燃料棒332:頂部塞333:外部包覆物334:底部塞336:底部反射體338:頂部反射體339:彈簧340:棒341:棒342:燃料單位單元344:燃料單位單元346:燃料單位單元348:燃料單位單元350:控制棒單位單元352:緩和劑棒354:緩和劑棒通道356:外部包覆物358:彈簧359:棒360:頂部塞361:通道362:棒364:頂部堆疊366:中間堆疊368:底部堆疊370:丸粒372:底部塞373:槽孔374:棒376:緩和劑378:整體結構；核心結構整體380:通道382:整體結構L:核微反應器核心的長度

各種態樣之新穎特徵特定地闡述於所附申請專利範圍中。在所有圖中，在圖式的若干視圖中，相同元件符號表示相同或對應的部件。然而，通過參考以下結合附圖的實施方式可最佳地瞭解關於組織和操作方法兩者的所述態樣，其中：

圖1係根據本揭示之至少一個態樣之核微反應器之透視圖。

圖2係根據本揭示之至少一態樣之圖1中顯示之核微反應器的透視圖，其中控制棒驅動機構經移除。

圖3係根據本揭示之至少一態樣之圖2中顯示之核微反應器的透視圖，其中控制棒經移除。

圖4係根據本揭示之至少一態樣之圖3中顯示之核微反應器的透視圖，其中熱交換器經移除。

圖5係根據本揭示之至少一態樣之圖4中顯示之核微反應器核心的透視圖，其中熱管經移除。

圖6係根據本揭示之至少一態樣之圖1中顯示之核微反應器的側視圖。

圖7係根據本揭示之至少一態樣之沿著圖6中顯示之橫截面線7—7截取的核微反應器核心組態之橫截面圖。

圖8係根據本揭示之至少一態樣之圖7中顯示之核微反應器核心組態的透視圖。

圖9A係根據本揭示之至少一態樣之圖7中顯示之整體結構的詳圖。

圖9B係根據本揭示之至少一態樣之圖9A中顯示之整體結構的詳圖。

圖10係根據本揭示之至少一態樣之圖7中顯示之核微反應器核心組態的單位單元之透視圖。

圖11係根據本揭示之至少一態樣之圖7中顯示之核微反應器核心組態的單位單元之透視圖。

圖12係根據本揭示之至少一態樣之核微反應器核心之反射體組態的透視圖。

圖13係根據本揭示之至少一態樣之沿著圖7中顯示之橫截面線13—13截取的整個核微反應器之橫截面圖。

圖14係根據本揭示之至少一態樣之沿著圖7中顯示之橫截面線14—14截取的整個核微反應器之橫截面圖。

圖15係根據本揭示之至少一態樣之圖13中顯示之熱交換器之橫截面的詳圖。

圖16係根據本揭示之至少一態樣之圖15中顯示之環形燃料棒之橫截面的詳圖。

圖17係根據本揭示之至少一態樣之核反應器核心組態的橫截面圖。

圖18A係根據本揭示之至少一態樣之圖17的詳圖。

圖18B係根據本揭示之至少一態樣之圖18A的詳圖。

圖19係根據本揭示之至少一態樣之圖17中顯示之核微反應器核心組態的燃料單位單元之透視圖。

圖20係根據本揭示之至少一態樣之圖17中顯示之核反應器核心組態的燃料單位單元之透視圖。

圖21係根據本揭示之至少一態樣之圖17中顯示之核反應器核心組態的燃料單位單元之透視圖。

圖22係根據本揭示之至少一態樣之具有透明外殼之緩和劑棒的側視圖。

圖23係根據本揭示之至少一態樣之具有透明外殼之緩和劑棒的側視圖。

圖24係根據本揭示之至少一態樣之具有透明外殼之緩和劑棒的側視圖。

圖25係根據本揭示之至少一態樣之沿著圖17中顯示之截面線25—25截取的整個核微反應器之橫截面圖。

圖26係根據本揭示之至少一態樣之沿著圖17中顯示之截面線26—26截取的整個核微反應器之橫截面圖。

100:核微反應器102:外殼棒104:控制棒驅動機構200:熱交換器202:熱交換器區段204:遠端噴嘴；頂部噴嘴206:孔208:近端噴嘴；底部噴嘴210:孔212:熱交換器之遠端；熱交換器之頂部214:熱交換器之近端；熱交換器之底部300:核微反應器核心302:容器306:容器之底表面

Claims (18)

1. 一種被動冷卻式核反應器，其包含：熱交換器；及核反應器核心，其鄰近該熱交換器設置，該核反應器核心包含：燃料棒；熱管，其鄰近該燃料棒定位並且自該核反應器核心延伸至該熱交換器中；緩和劑整體，其經組態以容納並間隔該燃料棒及該熱管；及熱接合材料，其設置在整個該緩和劑整體內部，以利用該熱接合材料環繞該燃料棒及該熱管，並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移，其中該燃料棒係界定一孔口之環形燃料棒，其中該熱管係第一熱管，且其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過由該環形燃料棒所界定之該孔口的第二熱管，且其中該第一熱管延伸至該熱交換器中之比該第二熱管更遠處。
2. 如請求項1之核反應器，其中該緩和劑整體進一步界定複數個孔口，其中該燃料棒經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第一孔口，且其中該熱管經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第二孔口。
3. 如請求項1之核反應器，其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第三孔口的緩和劑棒。
4. 如請求項1之核反應器，其中該核反應器核心通過該熱管與該熱交換器接觸。
5. 如請求項1之核反應器，其中該熱接合材料包含雙態材料。
6. 如請求項5之核反應器，其中在該核反應器之第一狀態中，該熱接合材料係呈固體狀態以將該燃料棒及該熱管鎖定在適當位置，及在該核反應器之第二狀態中，該熱接合材料係呈液體狀態。
7. 如請求項5之核反應器，其中該雙態材料係鉛。
8. 如請求項1之核反應器，其中該熱接合材料係氣體。
9. 如請求項1之核反應器，其中該緩和劑整體包含單位單元。
10. 如請求項1之核反應器，其中該核反應器係經組態以在30 kPa至103 kPa範圍內之大氣壓力下操作。
11. 如請求項1之核反應器，其進一步包含：控制棒驅動機構，其設置於該熱交換器之遠端，其中該控制棒驅動機構係經組態以驅動控制棒通過該熱交換器至該核反應器核心。
12. 一種被動冷卻式核反應器，其包含：熱交換器；核反應器核心，其鄰近該熱交換器設置，該核反應器核心包含：複數個燃料棒；複數個熱管，其等從該核反應器核心延伸至該熱交換器中；緩和劑整體，其包含複數個孔口，其中該複數個燃料棒中之每一者經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第一組孔口，且其中該複數個熱管中之每一者經組態以可滑動地設置通過由該緩和劑整體所界定之第二組孔口；反射體，其圍繞該緩和劑整體；熱接合材料，其設置在整個該緩和劑整體內部以利用該熱接合材料環繞該複數個燃料棒及該複數個熱管並促進自該核反應器核心至該熱交換器的熱轉移；及容器，其圍繞該反射體；及複數個控制棒驅動機構，其等設置於該熱交換器的遠端，其中各控制棒驅動機構經組態以驅動控制棒通過該熱交換器至該核反應器核心，其中該燃料棒係界定一孔口之環形燃料棒，其中該熱管係第一熱管，且其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過由該環形燃料棒所界定之該孔口的第二熱管，且其中該第一熱管延伸至該熱交換器中之比該第二熱管更遠處。
13. 如請求項12之核反應器，其中該核反應器核心進一步包含經組態以可滑動地設置通過該緩和劑整體中之第三組孔口的複數個緩和劑棒。
14. 如請求項12之核反應器，其中該熱接合材料係雙態材料。
15. 如請求項12之核反應器，其中在該核反應器之第一狀態中，該熱接合材料係呈固體狀態以將該複數個燃料棒及該複數個熱管鎖定在適當位置，且在該核反應器之第二狀態中，該熱接合材料係呈液體狀態。
16. 如請求項12之核反應器，其中該複數個燃料棒係環形燃料棒，其中該複數個熱管係第一複數個熱管，且其中該核反應器核心進一步包含第二複數個熱管，其中該第二複數個熱管之各熱管係經組態以可滑動地設置通過由該複數個燃料棒之各環形燃料棒所界定的孔口。
17. 如請求項16之核反應器，其中該第一複數個熱管延伸至該熱交換器中之比該第二複數個熱管更遠處。
18. 如請求項12之核反應器，其中該反射體包含複數個控制鼓。