1.本发明涉及核能应用技术领域，具体涉及一种隧道式核动力货运列车及货运方法。
背景技术：
2.常见的货运列车系统多采用内燃机车和电力机车，内燃机车采用燃油(主要是柴油)为动力，但受限于一次性装载的燃油吨数；电力机车多采用电动驱动牵引，但受限于沿线电力网的输送范围和电网布置。此外，燃油属于不可再生能源，运输过程中，燃烧过程的排放对大气污染较严重，带来的环境治理压力较大。上述两种机车都无法实现长距离、不间歇的经济性运输，此外，常规的列车运行模式，需要占用大量的土地资源，且因隐蔽性不够，列车线路容易遭到人为破坏，且长期暴露在自然界中，线路容易腐蚀老化，维修困难较多。
技术实现要素：
3.本发明所要解决的技术问题是常规货物运输成本高、不节能、不环保，需要耗费不可再生资源或者修建沿线电力运输网，目的在于提供一种隧道式核动力货运列车及货运方法，解决了通过核能实现货物运输的问题。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种隧道式核动力货运列车，包括：
6.轨道系统，其固定设置在地下，并连通各个列车停靠节点；
7.牵引系统，其设置在所述轨道系统上，且沿所述轨道系统行进；
8.车厢系统，其设置在所述轨道系统上，且所述车厢系统与所述牵引系统连接；
9.所述轨道系统包括：
10.封闭管状隧道，其设置在地下，并依次经过各个所述列车停靠节点；
11.卸载区域，其设置在地下，且位于各个所述列车停车节点处；
12.卸载管状隧道，其具有进口端和出口端，所述卸载管状隧道的进口端和出口端均与所述封闭管状隧道连通，且所述卸载管状隧道位于所述卸载管状隧道的中部；
13.行进铁轨，其固定设置在所述封闭管状隧道内，且所述牵引系统和所述车厢系统均可沿所述行进铁轨行进；
14.卸载铁轨，其固定设置在所述卸载管状隧道内，且所述车厢系统可沿所述行进铁轨行进；
15.铁道分轨系统，其设置在所述卸载管状隧道的进口端，且所述铁道分轨系统与所述行进铁轨和所述卸载铁轨连接；
16.铁道并轨系统，其设置在所述卸载管状隧道的出口端，且所述铁道并轨系统与所述行进铁轨和所述卸载铁轨连接。
17.优选地，所述封闭管状隧道的内侧面设置有负压的真空屏蔽管道，所述行进铁轨、所述牵引系统和所述车厢系统均设置在所述真空屏蔽管道内。
18.具体地，所述牵引系统包括：
19.牵引车厢，其内部具有空腔，且所述牵引车厢的底部设置有与所述行进铁轨适配的轨道轮；
20.竖隔板，其竖直设置在所述牵引车厢内部，且将所述牵引车厢分隔为动力腔和控制腔；
21.核动力系统，其固定设置在所述动力腔内，且输出动力至所述牵引车厢底部的轨道轮；
22.控制系统，其固定设置在所述控制腔内，且所述控制系统的控制信号输出端与所述核动力系统的控制信号输入端、所述轨道轮的控制信号输入端电连接。
23.具体地，所述牵引车厢包括：
24.外层含铅钢壳；
25.内层含铅钢壳，其固定设置在所述外层含铅钢壳内，且所述内层含铅钢壳的外侧面与所述外层含铅钢壳的内侧面之间设置有空隙，且所述空隙内灌注有去离子水。
26.进一步，所述动力腔内还设置有：
27.安全水箱，其内部灌注有去离子水；
28.安全喷淋系统，其与所述安全水箱连接，且所述安全喷淋系统的控制信号输入端与所述控制系统的控制信号输出端电连接。
29.具体地，所述控制系统包括：
30.无人驾驶系统，其用于控制所述牵引系统在所述轨道系统内行进；
31.外部通信系统，其用于所述无人驾驶系统与地面控制系统无线通信。
32.具体地，所述车厢系统包括：
33.货运车厢，其底部设置有与所述行进铁轨和所述卸载铁轨适配的轨道轮；
34.货运箱，其内部装载有待运输货物，且所述货运箱设置在所述货运车厢上；
35.电力驱动系统，其设置在所述货运车厢内，且所述电力驱动系统输出动力至所述货运车厢底部的轨道轮；
36.内部通信系统，其用于所述电力驱动系统与所述控制系统通信。
37.具体地，所述货运列车还包括连接系统，其通过所述内部通信系统和所述外部通信系统与所述控制系统通信；
38.所述连接系统包括：
39.第一连接部，其与所述牵引系统固定连接；
40.第二连接部，其与所述车厢系统固定连接，且所述第一连接部与所述第二连接部可拆卸连接。
41.优选地，所述车厢系统的数量为多个，且其中一个所述车厢系统与所述牵引系统连接，其余的所述车厢系统位于所述卸载管状隧道内。
42.一种隧道式核动力货运方法，基于上述的一种隧道式核动力货运列车，所述货运方法包括：
43.确定各个列车停靠节点，并修建连接各个列车停靠节点的轨道系统；
44.牵引系统与车厢系统连接，并在行进铁轨上移动至列车停靠节点；
45.牵引系统和车厢系统分离，车厢系统经铁道分轨系统引导至卸载铁轨；
46.在卸载区域内完成车厢系统的货物卸载/装载；
47.车厢系统驶出卸载管状隧道，并将铁道并轨系统引导至行进铁轨后与牵引系统连接；
48.牵引系统牵引车厢系统行进至下一个列车停靠节点，并重复上述步骤。
49.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
50.本发明通过核能驱动牵引系统进行，并通过将轨道系统设置在地下，减少土地占用，避免出现污染，减少自然条件下对设备的腐蚀；同时通过将轨道系统分割为主要用于行进运输的封闭管状隧道和主要用于卸载装载货物的卸载区域，从而减少可能出现的核污染，并且可通过提前装载货物或者延后卸载货物来实现高效运输的目的。
附图说明
51.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
52.图1是根据本发明所述的一种隧道式核动力货运列车的结构示意图。
53.图2是根据本发明所述的一种隧道式核动力货运列车的牵引示意图。
54.图3是根据本发明所述的牵引系统的结构示意图。
55.附图标记：1
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行进铁轨，2
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牵引系统，3
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车厢系统，4
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卸载铁轨，5
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卸载区域，6
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轨道轮，10
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封闭管状隧道，21
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外层含铅钢壳，22
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内层含铅钢壳，23
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竖隔板，24
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核动力系统，25
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控制系统，26
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安全喷淋系统，31
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车厢系统a，32
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车厢系统b。
具体实施方式
56.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
57.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
58.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
59.针对内燃机车和电力机车的不足，本实施例采用核动力装置提供动力，装料一次能实现长时间的不间断运行，可靠性高，经济实惠，运输成本低，是一种理想的牵引动力选择，且核燃料燃烧时不需要空气，可实现真空管道运输，没有任何大气污染物排放。可以深埋在地底下，不占用土地，因不暴露在空气中，不用经常维修保养，日常维护成本低。
60.实施例一
61.本实施例提供一种利用核动力的隧道式核动力货运列车，包括轨道系统、牵引系统2、车厢系统3。
62.轨道系统固定设置在地下，并连通各个列车停靠节点；
63.列车停靠节点一般设定为国家的重点城市，即需要进行高频次、高效率的物流运输的重点城市，并将轨道系统开挖式布置在地下，实现货运列车的安全性，深埋于地底的轨道系统，实现核动力货运列车的不间断运行，因为深埋地底，能有效防止核动力列车出现事
故后的泄露。
64.牵引系统2设置在轨道系统上，且沿轨道系统行进，即为核动力车头，其主要功能是在轨道系统上对车厢系统3提供需要的牵引力，牵引车厢从上一个列车停靠节点移动至下一个列车停靠节点，采用10％以上的高富集度的燃料，可以实现10年以上的免换料和免维修。
65.车厢系统3设置在轨道系统上，且车厢系统3与牵引系统2连接；
66.将大量的货物装载在车厢系统3内，并通过牵引系统2牵引其在不同的城市之间移动，可以快速的实现货物的调运和装载。
67.因为轨道系统是关键系统，因此本实施例中的轨道系统包括封闭管状隧道10、卸载管状隧道、行进铁轨1、卸载铁轨4、铁道分轨系统和铁道并轨系统。
68.封闭管状隧道10设置在地下，并依次经过各个列车停靠节点；通过这种管状隧道将国内各个重点城市连接一起，形成封闭的管状轨道，可实现不间断的货物运输。
69.行进铁轨1固定设置在封闭管状隧道10内，且牵引系统2和车厢系统3均可沿行进铁轨1行进；
70.同时，因为核动力车头即使进行了较好的防护，也可能出现核泄漏的情况，因此为了在装载/卸载货物的暴露，本实施例不直接在封闭管状隧道10内进行货物的装卸，因此封闭管状隧道10不直接与列车停靠节点连接。
71.封闭管状隧道10的内侧面设置有负压的真空屏蔽管道，行进铁轨1、牵引系统2和车厢系统3均设置在真空屏蔽管道内，采用负压的类似安全壳的大型管道作为屏蔽层，形成负压效应，能避免废气产生和氢爆问题，增加了安全性。
72.卸载区域5设置在地下，且位于各个列车停车节点处。
73.卸载管状隧道其具有进口端和出口端，卸载管状隧道的进口端和出口端均与封闭管状隧道10连通，且卸载管状隧道位于卸载管状隧道的中部，卸载管状隧道的结构与封闭管状隧道10结构相似，只是在卸载管状隧道的中部设置了一个卸载区域5。
74.卸载铁轨4固定设置在卸载管状隧道内，且车厢系统3可沿行进铁轨1行进；
75.牵引系统2不进入卸载管状隧道，因此卸载管状隧道暴露在核辐射的可能性较低，因此可以在卸载区域5内进行货物的装载和卸载。
76.铁道分轨系统设置在卸载管状隧道的进口端，且铁道分轨系统与行进铁轨1和卸载铁轨4连接；
77.铁道并轨系统设置在卸载管状隧道的出口端，且铁道并轨系统与行进铁轨1和卸载铁轨4连接。
78.本实施例中提到的行进铁轨1、卸载铁轨4、铁道分轨系统和铁道并轨系统，现阶段地面的高铁、动车等均以进行了使用，因此不再对其进行描述，本领域技术人员可以采用现有技术实现上述功能，也可研发新的技术来实现上述功能。
79.实施例二
80.实施例一中介绍了采用核动力的牵引系统2，本实施例提供牵引系统2的一个具体结构，牵引系统2包括牵引车厢、竖隔板23、核动力系统24和控制系统25。
81.牵引车厢内部具有空腔，且牵引车厢的底部设置有与行进铁轨1适配的轨道轮6，轨道轮6也可以采用与现有技术相同的结构，也可以为了适应高速运行的牵引车厢而重新
设计和研发。
82.竖隔板23竖直设置在牵引车厢内部，且将牵引车厢分隔为动力腔和控制腔，竖隔板23为铅基材料，将核动力系统24可能泄露的放射性物质进行屏蔽。
83.核动力系统24固定设置在动力腔内，且输出动力至牵引车厢底部的轨道轮6，通过核动力对牵引车厢提供动力，驱动牵引车厢在行进铁轨1上移动。
84.控制系统25固定设置在控制腔内，且控制系统25的控制信号输出端与核动力系统24的控制信号输入端、轨道轮6的控制信号输入端电连接。
85.控制系统25包括无人驾驶系统和外部通信系统。
86.无人驾驶系统用于控制牵引系统2在轨道系统内行进，现阶段的技术已经能够实现远程控制，类似无人机等方式，因此在此不作赘述，可以通过现有技术来实现。
87.外部通信系统用于无人驾驶系统与地面控制系统无线通信，可以通过5g技术和定位系统，并配合无人驾驶系统来实现核动力货运列车的无人操作。
88.实施例三
89.本实施例对牵引车厢的安全性进行了优化，牵引车厢包括外层含铅钢壳21和内层含铅钢壳22，内层含铅钢壳22固定设置在外层含铅钢壳21内，且内层含铅钢壳22的外侧面与外层含铅钢壳21的内侧面之间设置有空隙，且空隙内灌注有去离子水。
90.采用双层含铅钢壳的车厢形式，双层壳里充满去离子水，发生事故时可以作为应急冷却水，加上含铅钢制车厢作为安全屏蔽层，保证发生事故时不会出现融堆和放射性物质泄露，为反应堆产生严重事故时能实现安全停堆。
91.同时车头的核动力系统24采用紧凑布置，能有效降低反应堆高度和尺寸。
92.为了进一步的提升安全性，动力腔内还设置有安全水箱和安全喷淋系统26
93.安全水箱内部灌注有去离子水，安全喷淋系统26与安全水箱连接，且安全喷淋系统26的控制信号输入端与控制系统25的控制信号输出端电连接，通过安全喷淋系统26可以实现能动和非能动的应急防控
94.实施例四
95.本实施例提供了的车厢系统3包括货运车厢、货运箱、电力驱动系统和内部通讯系统。
96.货运车厢底部设置有与行进铁轨1和卸载铁轨4适配的轨道轮6，采用与牵引车厢相同的轨道轮6。
97.货运车厢将采用铅基材料组装成封闭的货物承载车厢容器，这样将管道内可能存在的放射性物质与货物绝对隔离开来，再通过专用设施，卸载货运车厢内的货物，避免了货物附带放射性物质的可能性。
98.货运箱内部装载有待运输货物，且货运箱设置在货运车厢上；货运车厢采用集装箱形式，可以迅速实现货物的调运和装卸，
99.电力驱动系统设置在货运车厢内，且电力驱动系统输出动力至货运车厢底部的轨道轮6，自带蓄电池和电机，能实现短距离的启停，同时蓄电池还可以作为发生事故后的应急电源。
100.内部通信系统用于电力驱动系统与控制系统25通信，用于与牵引系统2的控制系统25以及地面控制系统之间通信，从而实现无人化控制。
101.实施例五
102.为了实现无人化控制，即需要可以实现牵引系统2和车厢系统3之间的自动连接和自动断开，因此本实施例中的货运列车还包括连接系统，其通过内部通信系统和外部通信系统与控制系统25通信；
103.连接系统包括第一连接部和第二连接部，第一连接部与牵引系统2固定连接；第二连接部与车厢系统3固定连接，且第一连接部与第二连接部可拆卸连接。
104.第一连接部和第二连接部可以通过卡爪卡合来实现连接，也可以采用现阶段已有的火车车厢与车厢之间的连接结构来实现。
105.实施例六
106.本实施例提供一种基于上述的一种隧道式核动力货运列车的货运方法，包括：
107.确定各个列车停靠节点，并修建连接各个列车停靠节点的轨道系统，轨道系统需要提前修建。
108.将货物装载在车厢系统3内后，由牵引系统2与车厢系统3连接，并在行进铁轨1上移动至列车停靠节点；
109.当邻近列车停靠点后，将牵引系统2和车厢系统3分离，车厢系统3经铁道分轨系统引导至卸载铁轨4；
110.在卸载管状隧道内完成车厢系统3的货物卸载/装载；
111.车厢系统3驶出卸载管状隧道，并将铁道并轨系统引导至行进铁轨1后与牵引系统2连接；
112.牵引系统2牵引车厢系统3行进至下一个列车停靠节点。
113.实施例七
114.实施例六中仅为一个车厢系统3，其运输效率较低，本实施例中车厢系统3的数量为多个，且其中一个车厢系统3与牵引系统2连接，其余的车厢系统3位于卸载管状隧道内。
115.货运方法包括：
116.确定各个列车停靠节点，并修建连接各个列车停靠节点的轨道系统，轨道系统需要提前修建。
117.将货物装载在车厢系统3内后，由牵引系统2与车厢系统3连接，并在行进铁轨1上移动至列车停靠节点；
118.当邻近列车停靠点后，货车将自动启动降速系统，牵引系统2和车厢系统3自动分离。
119.将车厢系统3经铁道分轨系统引导至卸载铁轨4，最终通过电力驱动系统的刹车功能停靠在卸载区域5内。
120.在卸载管状隧道内对该车厢系统3(设为车厢系统a31)的货物卸载。
121.同时在车厢系统a31与牵引系统2分离后，在卸载区域5里已提前完成装车的车厢系统3(设为车厢系统b32)将提前启动自带的电力驱动系统，并逐步提速，加速追赶前面正在减速行驶的牵引系统2。
122.车厢系统b32驶出卸载管状隧道，并将铁道并轨系统引导至行进铁轨1，最终追上牵引系统2，并通过连接装置与牵引系统2连接。
123.在牵引系统2和车厢系统3确定连接固定安全有效后，牵引系统2将进入加速模式，
实现整体货运列车的提速运行。
124.牵引系统2牵引车厢系统b32行进至下一个列车停靠节点，重复上述步骤，最终实现该核动力牵引列车的循环运转和有效传输货物。
125.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
126.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
127.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。