[发明专利]一种可实现临界及次临界运行实验的液态金属冷却反应堆实验系统

摘要

本发明公开了一种可实现临界及次临界运行实验的液态金属冷却反应堆实验系统，该系统由安全容器(1)、主容器(2)、堆内支撑结构(3)、堆芯(4)、中心测量柱(5)、主换热器(6)、换料机构(7)、堆顶盖(8)、控制棒驱动机构(9)和中子源(10)组成；当进行临界运行实验时，中子源(10)采用锎‑252中子源或Be‑Am中子源；当进行次临界运行实验时，中子源(10)采用散裂中子源或氘氚中子源，根据散裂中子源的实际需要将堆芯中部的同位素中子源和燃料组件替换成加速器中子源，反应堆可进行次临界运行实验。该反应堆实验系统采用液态铅铋或铅自然循环冷却，提高了反应堆的可用性，降低了实验成本，具备多功能反应堆实验系统特性。

主权项

一种可实现临界及次临界运行实验的液态金属冷却反应堆实验系统，其特征在于：该反应堆实验系统由安全容器(1)、主容器(2)、堆内支撑结构(3)、堆芯(4)、中心测量柱(5)、主换热器(6)、换料机构(7)、堆顶盖(8)、控制棒驱动机构(9)，和中子源(10)组成；所述的安全容器(1)和主容器(2)为类似水瓶胆式的双层结构，所述的堆顶盖(8)为平盖形式，安装在主容器(2)的上沿，所述的换料机构(7)安装在堆顶盖(8)的中心位置，四台所述的主换热器(6)安装于堆顶盖(8)的环形区域内，所述的堆内支撑结构(3)焊接于主容器(2)底封头以上的位置，为堆芯(4)提供支撑和定位，所述的中子源(10)位于堆芯正中心位置，采用与堆芯相同的燃料组件形式，所述的中心测量柱(5)焊接于换料机构(7)主体的下部，位于堆芯(4)的上方；当开展临界运行实验时，中子源(10)采用同位素中子源，位于堆芯(4)中心处，反应堆处于临界运行模式；当进行次临界运行实验时，中子源(10)采用加速器中子源，位于堆芯(4)中心处，抽取部分外围燃料组件，使反应堆处于次临界运行模式；主换热器(6)的外侧为套管，主要为固定和支撑主热交换器，套管的上留有铅铋入口窗，和主热交换器的入口窗对应；反应堆通过堆芯(4)与主换热器(6)的高度差，以及铅铋冷却剂的密度差，提供压头实现自然循环的冷却方式，由于铅铋的密度随温度增高密度明显降低，可以通过堆芯(4)不同燃料组件功率的密度差进行自然循环的流量分配；反应堆具有从临界到次临界，双模式运行能力；通过双旋塞摇臂式遥操作换料机构(7)将堆芯(4)最内一层燃料组件和同位素中子源抽出，通过堆外机械操作器械将堆顶盖(8)中的加速器中子源插入堆芯(4)预留孔道，直至次临界中子源底部位于堆芯(4)中心位置，实现运行模式转换；所述反应堆实验系统采用模块化设计，在临界运行时，可以从顶盖大旋塞上预留的孔道，使用模块化屏蔽体将中心孔堵塞，在次临界运行时，取出屏蔽体，换为次临界中子源作为部件，插入反应堆，直至堆芯中心位置；所述反应堆实验系统中子源设计有临界中子源和次临界中子源两套部件，临界中子源可采用锎‑252中子源或Be‑Am中子源，次临界中子源可采用加速器驱动散裂靶中子源或氘氚中子源；该可实现临界及次临界运行实验的液态金属冷却反应堆实验系统采用模块化设计，可通过更换不同的中子源实现在同一座反应堆实验系统上进行临界运行实验和次临界运行实验，提高了反应堆实验系统的可用性，降低了实验成本，具备多功能反应堆实验系统特性；该可实现临界及次临界运行实验的液态金属冷却反应堆实验系统冷却剂系统采用铅铋合金或铅自然循环冷却，可实现不同堆芯布置条件下的流量自调节，获得均匀的出口温度，同时可避免强迫对流驱动导致的组件不稳定问题；该可实现临界及次临界运行实验的液态金属冷却反应堆实验系统通过将同位素中子源和堆芯中部燃料组件更换成加速器中子源方案，实现从临界运行实验系统到次临界运行实验系统的转换。