高通量研究堆堆芯安全排热系统结构设计

　　在核工程试验堆的运维体系中，堆芯余热导出是直接决定反应堆运行安全的核心环节，这套高通量研究堆排热系统的三维结构设计，完全围绕试验堆同位素生产、材料辐照试验的实际工况展开，没有冗余的装饰性结构，所有部件的排布都服务于排热可靠性与辐照操作便利性的双重需求。从结构布局来看，系统将紧凑式堆芯布置在加压容器内部，反应堆池内中子反射器围绕堆芯设置，外壳上预留的辐照通道直接对准堆芯与反射器的辐照区域，方便同位素靶件、辐照试样的取放操作，不需要额外拆解堆池外围结构就能完成辐照作业，大幅降低了试验堆日常运维的操作复杂度。

　　冷却系统采用双回路冗余设计，正常运行工况下，不同冷却剂的强制循环回路分别负责堆芯、中子反射器的热量导出，各回路的流道经过流场仿真优化，冷却剂在堆芯燃料组件间隙的流速均匀，不会出现局部流道滞止导致的热点问题，堆芯出口的冷却剂温度偏差控制在合理区间，避免热应力对燃料包壳造成长期疲劳损伤。在停堆或者强制循环回路失效的极端工况下，系统依靠布置在堆池上部的自然循环阀门实现非能动排热，阀门开启后，堆池内的冷却剂依靠密度差形成自然循环流道，堆芯的余热通过自然循环传递到堆池水体，即使所有强制循环泵全部失效，堆池表面的水蒸发也能持续带走燃料组件、反射器单元的衰变余热，不需要外部动力输入就能维持堆芯处于安全温度区间，从结构设计上消除了断电等极端事故下的堆芯熔毁风险。

　　安装边界方面，整套排热系统的核心部件都集成在反应堆堆池内部，加压容器的安装法兰与堆池顶部的预埋构件匹配，自然循环阀门的执行机构布置在堆池外侧的操作平台上，方便运维人员在事故工况下快速操作，冷却回路的管道接口都设置在堆池侧壁的标高位置，和外围冷却系统的管道对接不需要额外调整管线走向，辐照通道的开口位置和堆厅内的辐照操作机械手行程完全匹配，靶件取放的路径上没有结构干涉。

　　设计过程中重点考虑了辐照环境下的结构可靠性，所有和冷却剂接触的部件都采用耐辐照、耐腐蚀的材质，流道内壁没有锐角结构，避免冷却剂流动过程中产生局部涡流导致的振动磨损，中子反射器和堆芯的相对位置经过反复校核，既保证了中子利用率满足高通量辐照的需求，也不会阻挡冷却剂的流道，自然循环回路的流阻经过精确计算，在堆池现有水位高度下就能满足自然循环的流量要求，不需要额外抬高堆池水位或者增加堆体高度。这套结构设计同时兼顾了正常运行的排热效率和事故工况下的安全冗余，既能够满足高通量研究堆高功率运行时的堆芯冷却需求，也通过非能动的自然循环设计提升了系统的固有安全性，辐照通道的布局也适配同位素生产、材料辐照试验的日常操作需求，没有为了安全冗余过度增加结构复杂度，整体安装尺寸和现有研究堆的堆厅空间适配，不需要对堆体土建结构做大规模改造就能完成部署。