中国铅基研究反应堆CLEAR-I初步屏蔽设计与分析

【作者】 李斌； 杨琪； 陈超； 邹俊； 曾勤； 吴宜灿； FDS团队；

【机构】 中国科学院核能安全技术研究所； 中国科学技术大学；

【摘要】 中国铅基研究反应堆CLEAR-I（China LEAd-based Reactor）是具有临界和加速器驱动次临界双模式运行的铅铋冷却池式反应堆。CLEAR-I的堆芯功率为10MW,堆芯最大中子通量密度为10¹⁴n/（cm·s²）,反应堆的屏蔽主要是由堆坑、堆顶盖及包容小室组成。与一般裂变堆相比,CLEAR-I屏蔽的特殊性在于堆芯中间有半径约为10cm且内部为真空的质子管。质子管直接贯穿堆本体结构与包容小室,由质子打靶产生的散裂中子及堆芯裂变中子可能会通过质子管泄漏到堆顶包容小室内,增强包容小室内辐射水平和结构材料的活化,对可能在此开展维修操作的工作人员造成潜在照射。基于CLEAR-I的堆本体结构设计,首先评估了CLEAR-I满功率正常运行时堆本体内辐射场、堆内部件在其使用寿期内的辐照损伤,对堆坑屏蔽和堆顶盖屏蔽进行初步设计。然后重点分析了质子管泄露中子对包容小室辐射场的影响,并利用质子管周围的有限空间,设计优化了屏蔽材料的选择和布置,尽量降低包容小室的辐射水平,再基于此设计包容小室的屏蔽。此外,还利用核能安全技术研究所/FDS团队自主开发的二步法停堆剂量计算程序计算了CLEAR-I停堆后的剂量场分布,分析停堆后进行维修操作的可能性。初步计算结果表明,堆内受辐照最严重的部件是位于堆芯下面的流量分配板其在寿期内最大辐照损伤为4.39dpa。从质子管中泄露出去的中子对包容小室内辐射场的贡献占90%,但由于质子管周围空间有限,经初步屏蔽优化设计后,在满功率运行状态下堆顶包容小室内剂量率为最大剂量率约为250mSv/h,包容小室外的剂量率低于9uSv/h。停堆7天后,堆顶包容小室外及堆坑内剂量率均低于1uSv/h,包容小室内剂量率为1mSv/h左右,如果要进行短期维修操作需要设置临时屏蔽。更多还原