CARBIDE-BASED FUEL ASSEMBLY FOR THERMAL PROPULSION APPLICATIONS

• Main Authors: JENSEN, RUSSELL R, GALICKI, DANNY, BARRINGER, ERIC A, GUSTAFSON, JEREMY L, INMAN, JAMES B, ALES, MATT, SWANSON, RYAN T, RIDGEWAY, ROGER, WITTER, JONATHAN K, BERGMAN, JOSHUA J, KRECICKI, MATT
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 21.04.2022
• Subjects: NUCLEAR ENGINEERING; NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR POWER PLANT; NUCLEAR REACTORS; PHYSICS

Carbide-based fuel assembly includes outer structural member of ceramic matrix composite material (e.g., SiC-SiC composite), insulation layer of porous refractory ceramic material (e.g., zirconium carbide with open-cell foam structure or fibrous zirconium carbide), and interior structural member of refractory ceramic-graphite composite material (e.g., zirconium carbide-graphite or niobium carbide-graphite). Spacer structures between various layers provide a defined and controlled spacing relationship. A fuel element bundle positioned between support meshes includes a plurality of distributively arranged fuel elements or a solid, unitary fuel element with coolant channels, each having a fuel composition including high assay, low enriched uranium (HALEU). Fuel assemblies are distributively arranged in a moderator block and the upper end of the outer structural member is attached to a metallic inlet tube for hydrogen propellant and the lower end of the outer structural member is interfaced with a support plate, forming a NTP reactor. L'invention concerne un assemblage combustible à base de carbure comprenant un élément structural externe de matériau composite à matrice céramique (par exemple, un composite SiC-SiC), une couche d'isolation de matériau céramique réfractaire poreux (par exemple, de carbure de zirconium ayant une structure de mousse alvéolaire, ou de carbure de zirconium fibreux), et un élément structural intérieur de matériau composite céramique-graphite réfractaire (par exemple, de carbure de zirconium-graphite ou de carbure de niobium-graphite). Des structures d'espacement entre diverses couches fournissent une relation d'espacement définie et commandée. Un groupe d'éléments combustibles positionnés entre des mailles de support comprend une pluralité d'éléments combustibles disposés de manière répartie ou un élément combustible solide unitaire doté de canaux de refroidissement, chacun comportant une composition combustible comprenant de l'uranium faiblement enrichi à haute dose (HALEU). Des assemblages combustibles sont disposés de manière répartie dans un bloc modérateur et l'extrémité supérieure de l'élément structural externe est fixée à un tube d'entrée métallique d'agent propulseur d'hydrogène et l'extrémité inférieure de l'élément structural externe est interfacée avec une plaque de support, formant un réacteur NTP.