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中国先进研究堆介绍

2019-11-25 19:25  

  根据最新的报道,中国先进研究堆科研平台已具备了应用能力。  1、总体介绍  中国先进研究堆(CARR)是我国自主设计建造一座高功率、高性能、多用途研究堆,工程于2017年正式通过竣工验收,核功率60MW,重水反射层最大未扰热中子注量率8×10^14n/(cm^2 ·s),建有25个垂直孔道和9个水平孔道,既能引出高品质的中子束流,满足国民经济建设至关重要的能源、材料、信息、生命等学科发展中发挥重要作用的中子散射实验技术的要求,同时有适度...


  根据最新的报道,中国先进研究堆科研平台已具备了应用能力。

  1、总体介绍

  中国先进研究堆(CARR)是我国自主设计建造一座高功率、高性能、多用途研究堆,工程于2017年正式通过竣工验收,核功率60MW,重水反射层最大未扰热中子注量率8×10^14n/(cm^2 ·s),建有25个垂直孔道和9个水平孔道,既能引出高品质的中子束流,满足国民经济建设至关重要的能源、材料、信息、生命等学科发展中发挥重要作用的中子散射实验技术的要求,同时有适度的功率水平和足够的辐照空间。同时建设有配套热室一座,可用于研究堆乏燃料组件检测和核电站乏燃料棒全尺寸检验。2017年10月,冷中子源完成安装调试,成功出束。堆内高温高压回路已完成设计工作,计划2020年建成运行,作为国内中转应用多学科交叉的综合性大型平台,主要应用领域有:中子散射实验研究、核燃料元件考验、材料辐照试验、中子活化分析、中子照相、单晶硅中子嬗变参杂和放射性核素辐照生产等。

  目前在中国先进研究堆上开展的科研辐照和生产应用项目,已成为探索先进材料性能和前沿基础科学的重要手段,其应用水平和技术成果已经成为我国基础科技实力的重要代表。多年来在中国先进研究堆上开展的科研应用涉及前沿科学、核与能源、交叉学科、器件研发等多个方向,如今主要承担着重要航天材料、先进反应堆燃料与材料的堆内辐照任务,中子散射平台承担了包国家科技部(973和重点研发专项项目)、国家自然科学基金委(国家重大仪器专项、面上和青年基金)、科工局项目(核能开发、三废退役专项科研)等重大项目,项目资助总额超过5亿人民币,后续平台针对国家重大需求在先进核能、航空、航天、清洁能源及材料的应用领域将全面对外开放,同步开展中子重大基础和应用平台的能力提升工作,重点开展依托中国先进研究堆的北京ISOL重大基础设施建设。

  2、已取得的阶段应性用成果

  截止2019年6月,已经累计安全运行116天。通过精心组织运行维护和运行磨炼,运行团队摸索和掌握了这座高功率新建大型研究设施的主要运行规律,积累了较为丰富的运行维护经验,经过运行团队的持续努力,安全实现了多批次高功率连续稳定运行,进一步验证了中国先进研究堆作为大型综合实验平台的可靠性和先进性,开创了平台运行应用工作新局面。

  中子散射技术是探测物质微观结构和原子运动的强有力的工具。中子具有磁矩、穿透性强、对轻元素及同位素灵敏,这使得中子散射技术成为研究物质微观世界、分析和改进宏观性能的重要研究工具。结合基础科研与前沿研究需求,在能源材料、材料科学、物理、化学、化工等领域开展应用及探索性研究,均取得了阶段性成果。

  中国原子能科学研究院与中国科学院大学及北京大学合作,设计多种方案来调控材料微结构,该研究不仅为设计新型层状金属氧化物正极材料提供新思路,也为钠离子电池研究开辟了新途径;我院在核安全与辐射防护关键部件及材料的无损检测方面开展的工作,为我国先进军用材料研发、关键生产工艺改良以及核心器件服役安全评估提供了支撑;2019年利用中子间接成像方法,对国内某商用核电站的乏燃料棒样品开展了中子成像实验,验证了在中国先进研究堆中子照相装置上进行乏燃料棒内部结构观察的可行性;通过中国先进研究堆中子织构谱仪开展了反应堆包壳材料N36锆合金样品的织构测量,研究结果对于改进热挤压工艺、提高性能意义重大;利用中子照相装置,分别在核燃料元件、飞机涡轮叶片、燃料电池、锂离子电池、带裂缝混凝土试件的水分渗透试验、砂岩自发渗析现象研究、考古和生物等领域开展了研究,顺利完成了大量先进材料测试服务;在超高强铝合金、铸造铝合金、3D打印铝合金板等材料的织构测试等领域与多家研究院所合作,为新材料的研制提供了技术支撑。中国先进研究堆中子技术平台取得的阶段应用成果,证明其在满足国家重大需求、解决核能发展课题和开展基础前沿研究等方面发挥着重要的作用。

  展望未来,基于中国先进研究堆,北京在线分离丰中子束流装置(简称BISOL、北京ISOL)是由中国原子能科学研究院和北京大学联合建设的一台大科学装置。项目建设内容包括反应堆与加速器驱动放射性核束离子源、强流氘离子加速器、高功率靶站与核能材料辐照装置、放射性核束后加速器、放射性核束实验站、建筑工程与公用设施等。装置建成后可产生比国内外现有装置强度高1-2个量级的极端丰中子束流,将开展学科基础前沿放射性核束物理的创新研究,同时满足先进核能系统开发和多种核技术应用的需求。

  3、中国先进研究堆运行费已获国家补助,燃料储备充足

  中国先进研究堆运行费和燃料储备是其运行的重要保障。目前,中国先进研究堆已成为国家财政补助入库设施,运行经费获得基本补助,燃料储备充足。

  2017年底中国先进研究堆正式通过工程竣工验收,为确保中国先进研究堆稳定运行,设施日常检测维护、备品备件采购、中小修理、水电汽废等物资消耗需要硬性支出,确保稳定经费支持渠道意义重大,目前中国先进研究堆运行费已获得国家补助支持,具备基本运行条件,后续中国先进研究堆将根据辐照应用需求和运行时间的提升拓展运行经费支持渠道。

  燃料作为中国先进研究堆核心部件,已实现了自主研发设计、国内生产,采用的高铀密度、高热流密度、高流速的板状元件属于国内首次创新设计,经过近10年的调试验证,燃料性能优异、安全可靠,满载一炉燃料可实现满功率运行50天,中国先进研究堆工程竣工验收后,经与国家财政部和科工局支持,2018年获得首批三年(2019年~2021)6炉燃料经费支持,目前已签订了燃料采购合同,2019年底实现部分燃料入堆,总体上燃料储备充足,未来能够保障年均满功率100天(高功率运行200天)的运行时间。

  4、中国先进研究堆应用研究中心成立

  中国原子能科学研究院为加强中国先进研究堆对外服务与合作,于2013年成立了中国先进研究堆应用研究中心,中心实行开放、流动、联合的运行机制。中心主要职责是:充分发挥中国先进研究堆的功能和应用潜能,充分实现应用开放和资源共享;统筹和协调运行和实验应用;组织中心设施和设备的应用开发策划,制定运行和应用计划;负责应用成果统计,对外宣传、对外交流与合作;协调解决中国先进研究堆应用过程中出现的问题。中心主任:柳卫平,中心下设综合管理部(挂靠院科研生产处)、设施运行部(依托反应堆工程技术研究部)和应用研究部(依托核物理应用研究所),中心将在专家委员会和用户委员会的指导下加强协作,拓展应用。

  中国先进研究堆应用研究中心将始终不忘服务初心,做好研究堆运行、用户服务、学术交流、资源保障工作,努力确保中国先进研究堆实现高效安全运行,产生出更多更好的交叉学科应用成果。



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