[发明专利]一种双堆芯零功率装置

说明书

本发明提供一种双堆芯零功率装置，包括：水堆，包括第一燃料元件、第一堆芯、第一控制棒系统及水回路系统，第一堆芯为池式结构，与第一控制棒系统及水回路系统连接，第一燃料元件用于第一堆芯内的核燃料，第一控制棒系统用于控制第一堆芯进行零功率实验，水回路系统用于为第一堆芯供应去离子水；铅堆，包括第一燃料元件、第二燃料元件、第二堆芯、第二控制棒系统及安全块系统，第二堆芯与第二控制棒系统及安全块系统连接，第一燃料元件及第二燃料元件用于第二堆芯内的核燃料，第二控制棒系统和安全块系统用于控制第二堆芯进行零功率实验。该装置具有固有安全性、堆芯装载灵活可变性、操作便利、稳定可靠、测量准确、重复性好等特点。

技术领域

本发明涉及核辐射领域，尤其涉及一种双堆芯零功率装置。

背景技术

加速器驱动的次临界系统(ADS嬗变系统)是利用加速器产生的高能离子轰击散裂靶产生高通量、高能量中子驱动次临界堆芯运行，达到嬗变长寿命高放核废料成为短寿命低放核废料，同时减小体积的目的，对于解决“核废料安全处置”问题具有重要意义，目前国际上尚未有ADS嬗变系统工程化应用的先例。ADS零功率装置是开展ADS嬗变系统工程化研究的前提基础，将为高功率ADS工程建设获取大量自主的ADS堆物理与堆靶耦合特性的关键实验数据。

ADS反应堆的核心由散裂靶和金属冷却反应堆堆芯耦合构成，是具有强外源的次临界系统，堆芯内的中子分布呈强各向异性，而且散裂靶是非稳态、强非均匀的。尽管人们对临界反应堆的物理特性与反应性影响已经取得了深入的认识，建立了完善的计算分析手段和测量方法。但对于ADS这种时空上非均匀、方向上强各向异性、高能中子场的靶与堆耦合系统，临界反应堆物理理论是否适用，堆物理计算模型是否合理，计算程序与核数据是否可靠，反应性监测手段是否有效等，都需要实验验证数据的检验。尤其是散裂靶的结构、材料、大小、产额、能谱等特性直接影响着与之耦合在一起的反应堆的性能，关系到中子输运模型、热工水力模型、反应性反馈模型的耦合建立。因此，ADS反应堆的设计方法、程序和数据库以及靶对反应堆的影响和耦合特性的验证实验是亟需首先开展的，以建立能适应ADS中子强各向异性、冷却剂铅铋合金的散裂反应、大尺寸堆芯等复杂环境的散裂靶设计方法，并保证方法的高精度、高效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有的技术问题，本发明提出一种双堆芯零功率装置，用于解决ADS系统中临界反应堆物理理论是否适用，堆物理计算模型是否合理，计算程序与核数据是否可靠，反应性监测手段是否有效等问题

(二)技术方案

本发明提出一种双堆芯零功率装置，包括：水堆，包括第一燃料元件1、第一堆芯、第一控制棒系统及水回路系统，其中，第一堆芯为池式结构，用于进行零功率实验，分别与第一控制棒系统及水回路系统连接，第一燃料元件位于第一堆芯内部，用作核燃料，第一控制棒系统用于控制第一堆芯进行零功率实验，水回路系统用于为第一堆芯供应去离子水，作为零功率实验的反射层；铅堆，包括第一燃料元件1、第二燃料元件21、第二堆芯、第二控制棒系统及安全块系统，其中，第二堆芯用于进行零功率实验，分别与第二控制棒系统及安全块系统，第一燃料元件及第二燃料元件第二堆芯内，用作核燃料，第二控制棒系统用于控制第二堆芯进行零功率实验，安全块系统用于对零功率实验进行停堆；其中，水堆与铅堆相互独立运行，开展零功率实验。

可选地，第一堆芯包括堆芯容器2、堆芯围座3、下栅格板4、上栅格板5、顶盖6及中子源区7；其中，堆芯围座3、下栅格板4、上栅格板5及中子源区7位于堆芯容器2内部，下栅格板4、上栅格板5通过至少三根连接杆8连接后固定在堆芯围座3上，第一燃料元件两端分别固定在下栅格板4和上栅格板5上，顶盖6位于堆芯容器2上。

可选地，第二堆芯包括中子源区22、金属铍23、铅24、聚乙烯25、堆芯支撑板26及石墨反射层27；其中，中子源区22、金属铍23、铅24、聚乙烯25位于堆芯支撑板26上，聚乙烯25位于铅24的外围和金属铍23的外围，金属铍23位于铅24的正上方，石墨反射层27位于聚乙烯25外围。