研究性反应堆的制作方法

本公开涉及核应用领域，进一步涉及一种研究性反应堆。

背景技术：

目前，研究性反应堆，有中子阱和反中子阱两种类型，反中子阱型反应堆是国际上比较受青睐的一种堆型。相对于在堆芯内形成中子注量率峰的中子阱型堆而言，这种堆型通常使用高浓铀紧凑堆芯，大量裂变中子在堆芯内未获得充分慢化，而是进入包围堆芯的慢化剂内慢化形成高中子注量率峰，这就是反中子阱型堆的由来。当前国际上主要利用这种研究堆开展中子散射实验，故也被称为中子束流型研究堆，但其用途比较单一，不能适应多种需求的应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开的目的在于提供一种研究性反应堆，以至少部分解决上述的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供一种研究性反应堆，包括：

紧凑布置的堆芯和环绕堆芯设置的重水反射层；其中，

所述堆芯内设有快中子辐照孔道，提供快中子辐照空间；

所述重水反射层内设有垂直和/或水平孔道，提供热中子辐照和实验应用空间。

在进一步的实施方案中，所述堆芯包括：多个燃料组件，彼此间互相靠近，形成阵列式紧凑布置结构，该阵列式结构位于堆芯容器内；所述快中子辐照孔道设置于阵列式结构燃料组件堆芯之外但位于堆芯容器之内。

在进一步的实施方案中，在所述的阵列式结构燃料组件与堆芯容器之间设置有铝填充塞。

在进一步的实施方案中，研究性反应堆还包括：中心燃料组件替换为中央辐照孔道，提供热中子注量率峰空间。

在进一步的实施方案中，所述燃料组件为板状燃料组件。

在进一步的实施方案中，所述燃料组件的燃料为低浓铀。

在进一步的实施方案中，所述燃料组件燃料板间隙设置为不等间隙流道，以解决热功率分布不均衡的困扰。

在进一步的实施方案中，所述重水反射层辐照孔道除垂直方向设置外，还设置与堆芯截面圆周切向布置的水平孔道，以将热中子引出至重水反射层外部。

在进一步的实施方案中，研究性反应堆还包括：多个控制棒跟随体燃料组件，设置于阵列式燃料组件内部，以实现反应堆的控制和保持其紧凑堆芯的特性。

在进一步的实施方案中，所述燃料堆芯中心位置替换为中央辐照孔道，提供热中子辐照应用空间。

(三)有益效果

通过设置在堆芯内设置快中子辐照孔道以及在重水反射层内设置重水反射层辐照孔道，实现紧凑型堆芯能谱分离，可以利用不同能谱的中子(快中子和热中子)，满足各种需求的实验；

通过将堆芯中心位置燃料组件替换为中央辐照孔道，以同时实现反中子阱和中子阱堆芯特性；

本研究性反应堆通过采用板状燃料组件，并采用低浓铀，以满足紧凑小尺寸堆芯的设计要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种反中子阱型研究性反应堆的俯视图。

图2是图1的研究性反应堆热中子注量率分布图。

图3是本实用新型实施例的反中子阱型和中子阱型同时实现的研究性反应堆的俯视图。

图4是图3的研究性反应堆热中子注量率分布图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

需要说明的是，本实用新型所指的研究性反应堆(也称研究堆)，是指以科研为目的的核反应堆。

根据本实用新型的基本构思，提供一种研究性反应堆，通过在堆芯内以及堆芯外的重水反射层内同时设置中子辐照孔道，达到中子的多种利用目的。

图1是本实用新型实施例的一种研究性反应堆的俯视图。如图1中所示，该研究性反应堆包括：包容紧凑布置燃料堆芯的堆芯容器7和环绕堆芯设置的重水反射层1；其中，堆芯容器7内设有快中子辐照孔道2，提供快中子辐照空间；重水反射层1内设有重水反射层垂直辐照孔道3和/或水平孔道9，提供热中子辐照空间和引出热中子。

这里的堆芯容器7内包容的紧凑布置燃料堆芯是原子核反应时常用的堆芯结构，用于在其中进行原子核裂变反应，反应过程中会生成中子能量较高中子，也就是中子能谱较硬，可以称为快中子，通过在堆芯容器内部的铝填充塞内设置快中子辐照孔道2，提供了中子能谱较硬的中子。

这里的紧凑布置是堆芯容器7内燃料组件之间排列紧密，使燃料发生裂变反应时产生的裂变中子在堆芯容器7内未得到充分慢化，泄漏至堆芯容器7外部才充分慢化形成热中子。

此外，堆芯容器7外部环绕设置重水反射层1，重水反射层作为慢化剂用于和从燃料堆芯内出来的中子碰撞，降低中子的能量，形成能量相对较低的热中子。本实用新型实施例中通过在重水反射层1设置重水反射层辐照孔道3，能够获得注量率较高的热中子，将其应用于热中子需求的实验环境中，此为反中子阱型堆的由来。

在一些实施例中，该堆芯容器7内包括多个燃料组件5，燃料组件之间彼此间互相靠近，可以形成阵列式结构(这里的阵列式结构不是严格的各行数量相同，只是紧凑型排列)，快中子辐照孔道3设置于阵列式结构燃料组件5之外但位于堆芯容器7之内的铝填充塞4内，由于铝原子量大于重水的分子量，慢化效果有限，该填充塞内的快中子辐照孔道3内的中子能量仍然大于外部重水反射层的中子能量。因此获得了快中子辐照空间。

在一些实施例中，所述燃料组件为板状燃料组件；现有的燃料组件可以为渐开线燃料组件、板状燃料组件和棒状燃料组件，实用新型人通过对各种组件进行了分析比较，发现采用板状燃料组件可以满足紧凑堆芯要求。

在一些实施例中，堆芯容器7内位于堆芯燃料组件阵列内的若干燃料组件位置处可以设置为控制棒用以控制反应堆；考虑到常规设计的控制棒由于控制棒提升形成的水腔导致局部燃料热负荷的显著提高，将其设计为跟随体燃料组件控制棒6，有效地避免了该问题。

在一些实施例中，堆芯中的燃料组件5的燃料板流道间隙可以设置为不等间隙，以克服堆芯热功率的不均衡分布带来的问题。一种可以的设置方式是，靠近辐照孔道或重水反射层的燃料组件内的流道间隙大于远离中子辐照孔道或重水反射层的流道间隙。由于靠近辐照孔道内的燃料功率较高，相应的冷却需求也更高，所以流道间隙加大，更有利于冷却，提高整个堆芯的热工性能。

在一些实施例中，重水反射层可设置垂直辐照孔道3，用于热中子辐照应用，同时还可设置与堆芯截面圆周水平切向的水平孔道9，将热中子由重水反射层引出至外部以供实验应用。

通过上述实施例的设置，可以提高重水反射层热中子注量率峰值，如图2所示(纵坐标为热中子注量率，横坐标为图1中截面图的直径方向)，水平孔道的引入端口就设置在热中子注量率的峰值区域，极大地增加了提供热中子利用的空间。这就是反中子阱型研究堆的典型实施例。

在上述实施例中，如图3所示，将研究性反应堆中心燃料组件位置替换为中央辐照孔道8，该孔道中的慢化剂将堆芯裂变快中子慢化形成热中子注量率峰值，如图4所示(纵坐标为热中子注量率，横坐标为图3中截面图的直径方向)，可提供某些特殊需要的热中子辐照空间。这就是中子阱型研究堆的典型实施例。

图4中间的中央辐照孔道8热中子注量率峰值，加上重水反射层辐照孔道3区域的热中子注量率峰值表明该实施例同时实现了反中子阱和中子阱堆芯的研究性反应堆特性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。