高通量反应堆

核工程术语

高通量反应堆是一种重要的工程试验堆，具有较高的中子通量水平，堆内通常有多个不同的辐照空间和特殊辐照设施，可以用于进行动力堆的研究，或用于材料、化学、同位素、医学等领域的辐照研究工作。鉴于高通量堆的重要特性，各个国家都有自己的高通量工程试验堆，虽然种类和堆型有所差异，但都具有高中子通量和较大辐照空间的特点。

组成

高通量反应堆的堆内设备由三个主要的功能部件构成，分别为上部堆内构件、下部支承组件以及堆内测量组件。其中，上部堆内构件包括燃料装卸辅助转换架、吊篮组件、控制棒导管及支架等结构；下部支承组件上安装有测量装置固定板，组件的每一个控制棒孔道内安装有缓冲装置，用于实现控制棒落棒时的水力缓冲；堆内测量组件包括了堆内、堆外中子测量装置、堆芯温度测量装置，所有的测量装置都有相应的支承结构，保证其在反应堆的正确位置就位。

我国高通量反应堆

我国自己设计制造的大型高通量工程试验核反应堆，已经在二机部第一研究设计院建成。反应堆已于1980 年12月按第一炉装载的预定参数投入高功率运行。这座反应堆是压力壳型、被水慢化、被作反射层的高通量工程试验反应堆。反应堆设计热功率为12.5 万千瓦。活性区内有Φ150的辐照孔道5个，Φ63的辐照孔道2个。反射层内有Φ230和Φ120的辐照孔道各2个，材料辐照罐和同位素辐照靶件可在栅格上任意布置。反应堆配备有手段齐全的辐照元件材料检验“ 势室” 和“半热室” ，装备了先进的放化实验室和物理实验室。这座反应堆的建成，将为我国核电工业的发展、高比度同位素的生产、活化分析、堆物理实验的发展,开辟广阔的前景，它标志着我国原子能事业的发展进入了一个新阶段。

高通量反应堆结构

在我国西南反应堆工程研究设计院已经建成了一座大型工程试验堆(HFETR)。该堆在1979年12月27日达到临界,随后于1980年12年16日实现了高功率运行。这座压力壳型的工程试验反应堆，采用高浓铀多层套管型燃料元件，水作慢化剂和冷却剂，被作反射层，热功率125兆瓦。下面以该堆的为例介绍高通量反应堆结构。

堆芯位于压力壳的中部，堆芯部件的自重和水力载荷通过栅板和支架传到压力壳底板上。堆芯部件由一个1.4米直径的导流围桶所环绕，围桶外面是四层钢环组成的内热屏蔽。内热屏蔽及水隙构成了总厚373毫米的铁水屏蔽层以降低压力壳壁的热应力和快中子通量水平。为了减少压力壳总长度,内热屏蔽冷却流道与堆芯冷却流道采取并联的流程。在围桶锥面上布置38个迷宫型小孔,对内热屏蔽的冷却流道起节流作用。一次水进出口都位于压壳一侧，仅在入口处设置了分配水箱，使水通过其上下盖板的许多小孔，均匀流入，以免水流直接冲击辐照孔道。1:2堆模型水力试验及1:5堆模型风洞试验表明，这样布局是合适的，活性区各栅格间的水流分配十分均匀。在反应堆综合调试阶段，进行了堆内流量分配的实测；进一步证实了这一结论。控制棒传动机构布置在压壳下部，使反应堆压力壳上部有较大空间，以供布置辐照装置，并便于堆芯换料操作。在压壳封头上有四个450x600毫米椭圆操作孔，一般换料操作可不必拆卸辐照孔道，也不必打开顶盖。在压力壳侧壁还设有一个与保存水池相通的妇50毫米的卸料斜孔道，换料时，可打开斜孔道密封塞及封头椭圆操作孔，操作者在堆顶，用长柄工具进行水下操作。操作时防护水层不少于3米。

装配设备

主要系统设备配置高通量反应堆的堆内设备装卸共涉及约 20 余项专用设备设施，其中部分为大型吊装设备，其余主要为小型长杆类辅助操作工具及自动化机电辅助设备。根据装卸工艺的要求，每一种堆内设备的装卸都需要配置相应的专用设备，如吊篮组件和底部支承组件等大型设备，还必须配置辅助导向和辅助操作的多个设备进行协同工作，共同完成主设备的装卸。系统主要设备按照适用的设备范围分别配置以下专用设备：

（1）用于吊篮组件、底部支承组件装卸和贮存的配套设备，如吊篮组件吊具、底部支承组件吊具、堆内组件导向装置、燃料装卸辅助装置操作工具、温度测量装置导管自动扶正装置、导管辅助工装、控制棒导管吊具等；

（2）用于反应堆测量组件装卸的主要设备，如堆内、堆外中子测量装置操作工具、温度测量组件吊具、径向限位装置吊具等；

（3）用于进行控制棒驱动机构拆卸的主要设备，如控制棒组件吊具、驱动机构拆装装置、驱动机构转运装置、隔离阀维修胀塞等。

装卸工艺

鉴于高通量堆的重要特性，各个国家都有自己的高通量工程试验堆，虽然种类和堆型有所差异，但都具有高中子通量和较大辐照空间的特点。

作为重要的工具堆，高通量堆通常造价较高，其运行和维护费用也比较昂贵，除了常规运行时的燃料消耗以外，其反应堆内部设备的装拆、检修、维护等活动也是影响其性能以及运行成本的重要因素。因此，在反应堆设计和建造初期，就应对堆内设备的装卸、转运、贮存工艺进行综合考虑，开展试验和研究，规划专用设备工具并进行研制。

作为燃料装卸贮存系统的相关设备，堆内构件的装卸应严格遵守燃料装卸及贮存系统设计准则的相关原则，将人员辐射安全作为首要考虑的因素，同时应保证设备安全、有效的监测并控制堆内设备的装卸精度。在确定了装卸总体方案后，根据总体框架逐步细化形成详细的工艺流程；将工艺流程进行步骤分解后针对每一步操作规划专用装卸工具设备，为整个工艺过程配备完善的设备系统，确定每一项设备的功能及满足的技术指标等；最后开展工艺系统设备的详细设计，设计过程中应充分考虑设备的性能指标、使用环境特点及要求、运输、现场使用及存放方案等，最终完成设备的设计和加工制造，形成完整的堆内设备装卸工艺系统。根据总体装卸方案，堆内设备拆卸采取由外围至核心的拆卸方法，从驱动机构和控制棒组件开始拆卸，直至内部的堆内组件，逐步将堆内设备全部拆卸出堆。

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