专利摘要

本发明提出了一种铅基堆零功率物理实验装置，包括堆容器、燃料元件、固态铅增殖剂、反射层、反应性控制系统、中子源系统、屏蔽系统等部件。本发明通过固态铅增殖剂和燃料元件短棒的灵活拼接，实现实验装置各种堆芯结构的模块化布置；通过在堆容器内插入或抽出含钨金属的中子吸收组件，实现实验装置的次临界和临界双模式运行；通过在燃料元件内易裂变材料中添加稀土元素，解决了中子源驱动环境下堆芯功率和中子通量分布的均匀性问题；通过采用新型颗粒状中子吸收材料，实现屏蔽系统的灵活结构和方便回收。

权利要求

1.一种铅基堆零功率物理实验装置，包括堆容器(1)，其特征在于：还包括，

燃料元件(2)，设置在所述堆容器(1)内，所述燃料元件(2)中的易裂变材料中添加有稀土元素；

固态铅合金增殖剂(3)，设置在所述堆容器(1)内，并且填充在所述燃料元件(2)之间；

反射层(4)，设置在所述堆容器(1)的内壁上；

中子源系统(6)，所述堆容器(1)中心插入中子源系统(6)后，物理实验装置处于次临界状态；所述中子源系统(6)抽出或部分抽出所述堆容器(1)后，物理实验装置处于临界状态，实现物理实验装置次临界和临界运行模式切换；以及

反应性控制系统(5)，用于控制中子源系统(6)向堆容器(1)内引入连续高能重离子并轰击钨金属，产生稳定散列中子，实现实验装置次临界稳定运行；还用于控制中子源系统(6)停止向堆容器(1)内引入高能重离子，实现物理实验装置停止次临界运行，

其中，物理实验装置处在临界运行时，反应性控制系统(5)通过控制中子源系统(6)向堆容器(1)内引入脉冲高能重离子并轰击钨金属，生成启动中子；反应性控制系统(6)通过两套独立的安全停堆系统实现物理实验装置停止运行。

2.根据权利要求1所述的铅基堆零功率物理实验装置，其特征在于：所述堆容器(1)为空心圆柱体形状的不锈钢外壳，所述堆容器(1)内的燃料元件(2)呈正三角形分布排列的短棒；

所述堆容器(1)的内壁的反射层(4)为石墨或不锈钢材质；

所述堆容器(1)顶部与反应性控制系统(5)以及中子源系统(6)连接；所述堆容器(1)外壁、底面和顶面与屏蔽系统(8)连接。

3.根据权利要求2所述的铅基堆零功率物理实验装置，其特征在于：所述屏蔽系统(8)包括金属外壳和内部填充的中子吸收材料，所述中子吸收材料为含硼聚氨酯弹性体颗粒。

4.根据权利要求1所述的铅基堆零功率物理实验装置，其特征在于：所述固态铅合金增殖剂(3)包括金属铅和铅铋合金。

5.根据权利要求1所述的铅基堆零功率物理实验装置，其特征在于：所述中子源系统(6)包括重离子加速器和含钨金属的中子吸收组件。

6.根据权利要求1所述的铅基堆零功率物理实验装置，其特征在于：所述燃料元件(2)内易裂变材料中掺杂铕、钐、镝等稀土元素，稀土元素的掺杂比例为0.1～3wt％。

说明书

技术领域

本发明涉及核工程技术领域，具体是一种铅基堆零功率物理实验装置，适用于铅基反应堆中子物理特性实验验证。

背景技术

研究反应堆的中子物理特性，通常需要建设物理实验装置，用于校验数学模型和物理计算程序、开展反应性监测和测量技术研究，为反应堆的安全评价和许可提供数据。铅合金化学性质很稳定，常温常压下为固态结构，因此以铅合金为冷却剂的物理实验装置的结构必然不同于轻水堆和钠冷快堆物理实验装置。此外，由于铅合金具有良好的中子学性能、安全特性和传热能力，铅合金冷却快堆是目前加速器驱动次临界系统的重要候选堆型，因此发展可以耦合加速器并具有次临界态稳定运行能力的物理实验装置，是铅基堆零功率物理实验装置的重要方向。

专利名称为《一种铅合金冷却剂零功率反应堆燃料组件》(专利申请号CN201510067562.2)的公开文本中，公开了一种内含蜂窝状铅合金片的燃料组件，上述燃料组件由组件外壳、固态铅合金片和燃料元件棒组成；组件外壳由外套管、下底座和上封头组成；燃料组件中心由固态铅合金片堆叠形成，燃料元件棒安装在各贯穿孔中；固态铅合金片上下两端堆叠实心固态铅合金片，上端的实心固态铅合金片与上封头连接，下端的实心固态铅合金片与下底座连接；固态铅合金片、燃料元件棒、实心固态铅合金片、上封头、下底座封装在六角形的外套管中，上封头、下底座与外套管进行连接，外套管上下两端有中心孔，上封头、下底座的突起部位通过中心孔穿出。

上述公开的专利无法满足耦合加速器和同时具有临界和次临界运行能力，并且无法实现次临界和临界双模式运行，还存在外中子源驱动环境下堆芯功率和中子通量分布不均匀性问题。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种铅基堆零功率物理实验装置，具有屏蔽层设计、运行模式、反应性控制等功能，已解决现有技术中的问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种铅基堆零功率物理实验装置，包括堆容器，还包括，

燃料元件，设置在所述堆容器内，所述燃料元件中的易裂变材料中添加有稀土元素；

固态铅合金增殖剂，设置在所述堆容器内，并且填充在所述燃料元件之间；

反射层，设置在所述堆容器的内壁上；

中子源系统，所述堆容器中心插入中子源系统后，物理实验装置处于次临界状态；所述中子源系统抽出或部分抽出所述堆容器后，物理实验装置处于临界状态，实现物理实验装置次临界和临界运行模式切换；以及

反应性控制系统，用于控制中子源系统向堆容器内引入连续高能重离子并轰击钨金属，产生稳定散列中子，实现实验装置次临界稳定运行；还用于控制中子源系统停止向堆容器内引入高能重离子，实现物理实验装置停止次临界运行，

其中，物理实验装置处在临界运行时，反应性控制系统通过控制中子源系统向堆容器内引入脉冲高能重离子并轰击钨金属，生成启动中子；反应性控制系统通过两套独立的安全停堆系统实现物理实验装置停止运行。

本发明还存在以下特征：

所述堆容器为空心圆柱体形状的不锈钢外壳，所述堆容器内的燃料元件呈正三角形分布排列的短棒；

所述堆容器的内壁的反射层为石墨或不锈钢材质；

所述堆容器顶部与反应性控制系统以及中子源系统连接；所述堆容器外壁、底面和顶面与屏蔽系统连接。

所述屏蔽系统包括金属外壳和内部填充的中子吸收材料，所述中子吸收材料为含硼聚氨酯弹性体颗粒。

所述固态铅合金增殖剂包括金属铅和铅铋合金。

所述中子源系统包括重离子加速器和含钨金属的中子吸收组件。

所述燃料元件内易裂变材料中掺杂铕、钐、镝等稀土元素，稀土元素的掺杂比例为0.1～3wt％。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)堆容器内燃料元件和固态铅增殖剂模块化填装，可灵活控制堆芯活性区大小和形状，实现多种堆芯结构布置；

(2)物理实验装置具有临界/次临界双运行模式，并可验证ADS(次临界系统)环境下的堆芯中子物理特征；

(3)采用含硼聚氨酯弹性体颗粒作为中子吸收材料，可实现中子吸收材料的循环利用和屏蔽系统结构的灵活可调；

(4)采用在易裂变材料中添加稀土元素钐、铕、镝，实现堆芯的功率和中子密度展平。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的铅基堆零功率物理实验装置结构示意。

图2为本发明的模块化固态铅合金片横截面结构示意。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1和图2，对本发明的结构特征详述如下：

一种铅基堆零功率物理实验装置，包括堆容器1，还包括，

燃料元件2，设置在所述堆容器1内，所述燃料元件2中的易裂变材料中添加有稀土元素；

固态铅合金增殖剂3，设置在所述堆容器1内，并且填充在所述燃料元件2之间；

反射层4，设置在所述堆容器1的内壁上；

中子源系统6，所述堆容器1中心插入中子源系统6后，物理实验装置处于次临界状态；所述中子源系统6抽出或部分抽出所述堆容器1后，物理实验装置处于临界状态，实现物理实验装置次临界和临界运行模式切换；以及

反应性控制系统5，用于控制中子源系统6向堆容器1内引入连续高能重离子并轰击钨金属，产生稳定散列中子，实现实验装置次临界稳定运行；还用于控制中子源系统6停止向堆容器1内引入高能重离子，实现物理实验装置停止次临界运行，

其中，物理实验装置处在临界运行时，反应性控制系统5通过控制中子源系统6向堆容器1内引入脉冲高能重离子并轰击钨金属，生成启动中子；反应性控制系统6通过两套独立的安全停堆系统实现物理实验装置停止运行。

所述堆容器1为空心圆柱体形状的不锈钢外壳，所述堆容器1内的燃料元件2呈正三角形分布排列的短棒；

所述堆容器1的内壁的反射层4为石墨或不锈钢材质；

所述堆容器1顶部与反应性控制系统5以及中子源系统6连接；所述堆容器1外壁、底面和顶面与屏蔽系统8连接。

所述屏蔽系统8包括金属外壳和内部填充的中子吸收材料，所述中子吸收材料为含硼聚氨酯弹性体颗粒。

所述固态铅合金增殖剂3包括金属铅和铅铋合金。

所述中子源系统6包括重离子加速器和含钨金属的中子吸收组件。

所述燃料元件2内易裂变材料中掺杂铕、钐、镝等稀土元素，稀土元素的掺杂比例为0.1～3wt％。

屏蔽系统8由3块316不锈钢金属薄壁外壳内部填充含硼聚氨酯弹性体颗粒组成，分别屏蔽物理实验装置顶部、底部和侧面；顶部和底部的屏蔽系统为圆柱形，侧面为空心圆桶形；

堆容器1内燃料元件2总数为103根。

物理实验装置处于次临界状态运行时，通过重离子加速器加速的质子束流连续轰击金属钨7产生中子，引发燃料元件2内的链式裂变反应；停止运行时，通过停止重离子加速器，不再向堆容器1内引入质子束，物理实验装置自发停止运行。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

一种铅基堆零功率物理实验装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。