带气压自然循环回路的池式研究堆结构

　　从结构布局来看，整套装置分为地上堆体布置区与地下水池换热区两部分，地上区域设置堆芯本体、主回路管线、辅助监测平台，地下区域设置冷却水池、内置换热组件、检修操作平台，管线采用分层排布逻辑，气相回路与液相回路独立走管，避免气液两相流扰动影响循环稳定性。堆芯本体采用立式筒状结构，下部设置开孔支撑结构，直接与主回路管线连通，堆芯运行过程中产生的热量通过冷却剂相变带出，沿气相管线进入地下水池内的换热段，冷却剂在换热段内冷凝后依靠重力回流至堆芯侧，形成完整的闭式自然循环回路，无需额外设置循环泵驱动介质流动。该池式研究堆结构的设计核心围绕非能动排热逻辑搭建，适配小型科研试验堆的运行场景，多用于高校核工程实验室、小型中子物理试验平台，无需额外配置大功率强制循环冷却泵组，即可在堆芯运行过程中完成热量导出，最终将废热散逸至大气环境。整套回路依托冷却剂真空沸腾特性实现自然循环强化，搭配自然空气对流完成末端换热，整套系统无额外动力驱动部件，大幅降低运行过程中的设备故障概率，适配长期低功率科研试验堆的连续运行需求。

　　地下水池采用圆柱形立式结构，顶部设置检修操作平台与防护栏杆，内置换热组件采用立式排布，换热管段延伸至水池下部，充分利用水池内水体的热容缓冲热量波动，避免换热过程中水温骤变影响循环效率，水池侧壁预留管线穿接口，接口处采用密封法兰结构，保证水池的密闭性，减少冷却剂泄漏风险。地上堆体区域设置格栅式操作平台，平台周边设置防护围挡，平台上布置辅助监测仪表接口、应急操作工位，主回路管线采用不同颜色区分介质流向，粉色管线走气相介质，蓝色管线走冷凝回流液相介质，管线转弯处采用大曲率弯头，降低介质流动阻力，保障自然循环的驱动力充足。

　　回路设计过程中充分考虑中子通量水平下的冷却能力，在中子通量达到1.0×10^14 cm-2s-1的运行工况下，仍可依靠自然循环完成堆芯冷却，无需启动备用强制循环系统，大幅简化堆芯冷却系统的配置，减少设备运维工作量。安装边界方面，地上堆体区域需预留足够的管线检修空间，堆体周边1.5米范围内无高大遮挡物，保障自然空气对流的换热效率，地下水池需设置在地质稳定的区域，池体底部做承重加固处理，避免长期充水后出现沉降，管线穿接位置需做防水密封处理，避免地下水渗入水池影响水质。

　　整套结构的设计逻辑完全依托被动安全理念，尽可能减少能动部件的使用，从根源上降低冷却系统失效的风险，适配研究堆低功率、长周期运行的需求，同时简化了系统的操作逻辑，运行过程中无需人员频繁干预循环参数，仅需监测水池水温、回路压力即可掌握整套系统的运行状态。结构建模过程中对管线的坡度做了精准设置，冷凝回流管线设置连续向下的坡度，避免管线内出现气塞阻断循环，气相管线设置连续向上的坡度，避免冷凝液在管线内积存形成液阻，所有管线的支撑点采用弹性支撑结构，吸收冷热交变过程中产生的管线位移，避免应力集中导致管线开裂。堆芯下部的支撑开孔采用均匀排布逻辑，保证冷却剂能够均匀流入堆芯区域，避免出现局部流量不足导致的热点，地下水池内的换热组件采用下部进水、上部出水的排布逻辑，充分利用水体的自然对流强化换热效率，减少换热死区。