基本内容

西安脉冲堆具有国内外同类堆所具有的固有安全性高、用途广泛、结构简单及运行维护方便等显著特点。与国外同类堆TRIGA-Ⅲ相比，不仅全面达到了其性能指标，而且在某些方面还有所突破或改善。

历史西安脉冲堆是我国自行设计建造的国内第一座实用性脉冲反应堆，是在中国核动力研究设计院设计建造的首座原型脉冲堆的基础上，根据用户对本堆的应用要求进行设计、建造的。西安脉冲堆工程属小型研究堆综合核工程，于1996 年11 月18 日开工建造，1999 年9 月完成反应堆及其各系统的安装、调试(非核)，同年10 月14 日完成首炉装料，15 日反应堆首次达到临界。随后按照调试大纲和调试程序对反应堆进行了冷态及热态物理试验、提升功率试验。对反应堆稳态、脉冲和方波等各种运行方式下的各种运行工况进行了调试、运行试验和参数测试。2001年1月，完成带核调试的各项工作后，反应堆投入试运行及实验应用。

反应堆装置简介西安脉冲反应堆装置由反应堆本体、反应堆主、辅系统及实验辐照装置所组成。该堆是一座小型池式研究堆，采用铀氢锆燃料-慢化剂粗棒状元件、石墨和轻水作反射层。堆芯靠池水自然循环冷却，池水则由冷却系统建立强迫循环，将热量载带释放于外环境。

西安脉冲反应堆本体主要包括反应堆水池及水池盖板、池内构件、堆内构件及堆芯部件、堆桥、控制棒驱动机构等设备及部件，其总体结构如图1 所示。

反应堆水池内径2.5m、深8.5m，以8mm 厚的铝质覆面衬里，其外部为2m 厚的重混凝土结构作屏蔽。一座不锈钢堆桥固定在堆水池顶部，其上安装有5 台稳态控制棒驱动机构和1 台脉冲棒驱动机构以及单晶硅辐照装置驱动机构、水温测量装置等。6 块方形水池盖板安装在堆桥两侧，分别以铰链与水池壁相联。每块盖板都由不锈钢骨架和有机玻璃制成，便于观察堆内状况。

堆芯安装在水池底部中央，由堆芯支架支承并与池底固定连接。与国外同类堆TRIGA-Ⅲ的堆芯吊挂在可移动堆桥下方相比，结构上具有较好的稳定性，提高了抗震性能。堆芯筒体四周设有铅屏蔽层筒体，成为堆芯径向屏蔽的重要组成部分，用以降低堆水池混凝土屏蔽层γ入射能流，因此，无需像TRIGA-Ⅲ那样，在混凝土屏蔽层中再设置屏蔽冷却系统。堆芯上方有6.4m 的轻水屏蔽层。水面与水池盖板之间的空腔设置有废气特排风口。反应堆正常运行工况下，可通过特排系统及时排出反应堆产生的活化气体，避免向堆厅溢散；在燃料元件或辐照样品破损等事故工况下，该系统可使裂变气体经高效过滤、除碘过滤后排至环境。这也是TRIGA-Ⅲ所没有的。

堆芯部件以正六边形环形布置、共9 圈，中心向外圈依次为A、B、⋯I 圈，栅距均为43mm 。

图1

1——堆芯支架；2——铅屏蔽层筒体；3——热柱；4——喷射水管；5——电离室包套组件；6——堆水池覆衬面；7——堆桥；8——稳态控制棒驱动机构；9——脉冲棒驱动机构

1——热柱；2，4——水平径向孔道；3——辐照腔; 5——单晶硅辐照孔道；6——水平切向孔道；7——中子照相装置

堆芯部件由下栅板支承，上、下栅板各开有211 个相对应的栅孔，除了为燃料元件及相关部件提供定位外，还兼作冷却剂自然循环的通道。在上栅板的A 圈和B 圈占用7 个孔位，开了一个大孔，用以安装φ100mm 的中央垂直孔道；上栅板上还对称地开有2 个三角形孔，每个孔分别占据1 个E 圈和2 个F 圈的孔位，用于安放φ52mm 的偏心腔垂直孔道。堆芯下方设有安全板，用以防止控制棒意外掉离堆芯，也为脉冲棒导向管提供支承。为适应不同运行方式下的不同功能及应用要求，采用了两种不同的堆芯布置方式(图2)。

图2

燃料元件所使用的铀氢锆燃料元件由中国核动力研究设计院独立研制。其外形尺寸及结构形式与原型脉冲堆燃料元件相同，不锈钢作包壳材料，外径37.2mm，总长760mm ，每根燃料元件中装有3 块UZrH1.6 芯体，芯体中插有锆合金棒。元件两端还各装有1 块石墨芯块，用作堆芯的轴向中子反射层。上、下端塞与包壳管由氩弧自动焊环缝焊连接，内充0.1MPa 氦气。为了补偿燃料、石墨芯体与包壳的不同热膨胀以及燃料、石墨芯体的辐照肿胀，芯体与上端塞及芯体与包壳管之间分别留有适当的轴向和径向间隙。西安脉冲堆燃料元件较原型脉冲堆燃料元件作了改进和提高：

(1)提高了燃料芯体中铀的质量比。原型堆元件中铀的质量比为8.5%，而西安脉冲堆提高到12%，每根燃料元件中235U 含量达57.1g，而原型脉冲堆每根元件中235U 含量为39.7g。

(2) 适当调整了燃料元件芯体与包壳间径向间隙及芯体与上端塞间的轴向间障，以适应西安脉冲堆高性能运行的要求。

控制棒西安脉冲堆共有6 根控制棒。其中，5 根稳态控制棒，1 根脉冲棒。5 根稳态控制棒结构相同，不锈钢包壳，内装10 块B4C 芯体，作为中子吸收体，其下方还装有3 块UZrH1.6 燃料跟随体和2 块石墨芯体。稳态控制棒在堆内上下运动，由堆芯上下栅板的φ40mm 孔导向。脉冲棒由上空腔、B4C 中子吸收段和下空腔3 段构成。吸收段上下方分别设有压紧弹簧和隔块。脉冲棒在铝合金导向管中运动，导向管由上下栅板横向定位，由安全板支承固定。根据原型脉冲堆运行经验反馈，为增加脉冲棒的结构强度和使用寿命，对西安脉冲堆脉冲棒设计作了3 点改进：

(1) 将包壳管材料由原来的LT24 铝合金材料改为不锈钢材料。