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ADS 反应堆物理研究中的堆芯布置及控制系统
Ⅰ. 反应堆物理及实验 83
CNIC-01638/08
CNNC-0003
ADS 反应堆物理研究中的堆芯布置及控制系统
史永谦 夏 普 李义国 朱庆福 林生活 姚世贵
郑伍钦 朱国盛 郭伟河 何 涛
中国原子能科学研究院,北京, 102413
摘 要:文章介绍了ADS 反应堆物理研究中的实验装置设计目的、
堆芯布置及控制系统,同时给出了 ADS 反应堆物理研究中的部分内
容。
关键词:ADS 实验装置 堆芯布置 控制系统
引 言
ADS 即加速器驱动的次临界系统,它是致力于嬗变放射性核废物、有
效利用核资源及产出核能量的装置[1~4] ,我国已将其列入 973 研究计划。该
系统应包括中能强流质子加速器、外源中子产生器和次临界反应堆。实际
上在研究初期,可以将其各部分分开单独进行研究。本文给出了在单独进
行研究中,在现有条件下,建立的一个次临界装置和在该装置上进行的次
临界中子学问题研究。
在标准的临界装置上做的中子学实验,实质是已知基本的物理现象来
验证计算方法和核数据。但外源驱动的次临界中子学问题与以往的临界中
子学问题是不同的,次临界反应堆除核燃料及结构材料与临界堆相似外,
最大的差别是次临界反应堆内引入了质子束管和散裂中子靶件。在质子束
管和散裂中子靶件处功率密度特别大,这样不仅使堆芯结构变得复杂,而
且形成很大的中子通量密度峰。次临界反应堆就是由该中子通量密度即外
中子源来驱动,以维持其链式反应,得到一定的功率水平,它与源的特性
(源的能谱和位置)和次临界水平(即1−keff )有关。临界堆则靠其自身的
特性维持其链式反应,得到一定功率水平,因此外源驱动的次临界中子学
问题是一个新问题,利用处理临界堆中子学问题的方法来处理外源驱动的
次临界中子学问题将面临挑战,它不仅要验证计算方法和核数据,而且还
将引进一些新的概念,这些新的概念仍然需要实验来验证。
84 Ⅰ. 反应堆物理及实验
本文介绍了研究外源驱动的次临界中子学问题的实验装置、堆芯布置
及控制系统,同时给出了在该实验装置上所进行的 ADS 反应堆物理研究中
的部分内容。
1 ADS 实验装置设计指导思想
ADS 实验装置设计指导思想是利用现有条件,尽快设计、加工、建成
并运行该实验装置,以给出初步研究成果并为建造较为理想的 ADS 实验研
究装置和实验研究项目提供经验。在该指导思想下,用了三个月的时间就
设计、加工、建成了该实验装置并通过了安全审定,投入运行。
ADS 实验装置主要包括次临界反应堆堆芯,反应堆控制系统及稳态外
中子源系统三个部分。如图1 所示。
源储存容器 轻水储存桶
气源及控制
堆芯 堆控制系统
图1 ADS 实验装置方框图
2 次临界反应堆堆芯
ADS 实验装置次临界反应堆堆芯包括:反应堆堆芯容器、核燃料、堆
芯结构材料、慢化剂和反射层。如图2 所示。
反应堆堆芯容器为铝制圆形容器,其壁厚5 mm,高1000 mm,内径1000
mm 。反应堆堆芯容器下面由钢支撑架支撑在水泥地板上。反应堆堆芯容器
下面有两个圆形孔洞分别在垂直位置,一个用来正常排出慢化剂,一个用
来非正常排出慢化剂。在反应堆堆芯容器的侧壁上,对称焊接四条铝筋,
用以固定堆芯结构框架。
次临界反应堆堆芯所使用的核燃料是DF-3 零功率反应堆的核燃料。燃
料元件总长455 mm ,直径6 mm,壁厚为1 mm 的铝管,铝管内充填富集度
为20% 的U3O8 粉末22.5 g,燃料元件活性长400 mm 。
Ⅰ. 反应堆物理及实验
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