是我国设计、建造的第一座实用性多功能脉冲反应堆。它具有固有安全性高、用途广泛、结构简单及运行维护方便的特点；既能稳态运行，又能以脉冲或方波方式运行，稳态额定功率2MW，最大脉冲峰功率4200MW。西安脉冲堆设置有多种实验辐照装置，可以辐照生产放射性同位素，进行中子活化分析、中子照相、单晶硅中子辐照掺杂、材料辐照加工及辐照试验研究，开展核物理、中子物理、放射化学等科学理论研究以及人材培训。

西安脉冲堆具有国内外同类堆所具有的固有安全性高、用途广泛、结构简单及运行维护方便等显著特点。与国外同类堆TRIGA-Ⅲ相比，不仅全面达到了其性能指标，而且在某些方面还有所突破或改善。

历史 西安脉冲堆是我国自行设计建造的国内第一座实用性脉冲反应堆，是在中国核动力研究设计院设计建造的首座原型脉冲堆的基础上，根据用户对本堆的应用要求进行设计、建造的。西安脉冲堆工程属小型研究堆综合核工程，于1996 年11 月18 日开工建造，1999 年9 月完成反应堆及其各系统的安装、调试(非核)，同年10 月14 日完成首炉装料，15 日反应堆首次达到临界。随后按照调试大纲和调试程序对反应堆进行了冷态及热态物理试验、提升功率试验。对反应堆稳态、脉冲和方波等各种运行方式下的各种运行工况进行了调试、运行试验和参数测试。2001年1月，完成带核调试的各项工作后，反应堆投入试运行及实验应用。

反应堆装置简介 西安脉冲反应堆装置由反应堆本体、反应堆主、辅系统及实验辐照装置所组成。该堆是一座小型池式研究堆，采用铀氢锆燃料-慢化剂粗棒状元件、石墨和轻水作反射层。堆芯靠池水自然循环冷却，池水则由冷却系统建立强迫循环，将热量载带释放于外环境。

西安脉冲反应堆本体主要包括反应堆水池及水池盖板、池内构件、堆内构件及堆芯部件、堆桥、控制棒驱动机构等设备及部件，其总体结构如图1 所示。

反应堆水池内径2.5m、深8.5m，以8mm 厚的铝质覆面衬里，其外部为2m 厚的重混凝土结构作屏蔽。一座不锈钢堆桥固定在堆水池顶部，其上安装有5 台稳态控制棒驱动机构和1 台脉冲棒驱动机构以及单晶硅辐照装置驱动机构、水温测量装置等。6 块方形水池盖板安装在堆桥两侧，分别以铰链与水池壁相联。每块盖板都由不锈钢骨架和有机玻璃制成，便于观察堆内状况。

堆芯安装在水池底部中央，由堆芯支架支承并与池底固定连接。与国外同类堆TRIGA-Ⅲ的堆芯吊挂在可移动堆桥下方相比，结构上具有较好的稳定性，提高了抗震性能。堆芯筒体四周设有铅屏蔽层筒体，成为堆芯径向屏蔽的重要组成部分，用以降低堆水池混凝土屏蔽层γ入射能流，因此，无需像TRIGA-Ⅲ那样，在混凝土屏蔽层中再设置屏蔽冷却系统。堆芯上方有6.4m 的轻水屏蔽层。水面与水池盖板之间的空腔设置有废气特排风口。反应堆正常运行工况下，可通过特排系统及时排出反应堆产生的活化气体，避免向堆厅溢散；在燃料元件或辐照样品破损等事故工况下，该系统可使裂变气体经高效过滤、除碘过滤后排至环境。这也是TRIGA-Ⅲ所没有的。

堆芯部件以正六边形环形布置、共9 圈，中心向外圈依次为A、B、⋯I 圈，栅距均为43mm 。

1——堆芯支架；2——铅屏蔽层筒体；3——热柱；4——喷射水管；5——电离室包套组件；6——堆水池覆衬面；7——堆桥；8——稳态控制棒驱动机构；9——脉冲棒驱动机构

1——热柱；2，4——水平径向孔道；3——辐照腔; 5——单晶硅辐照孔道；6——水平切向孔道；7——中子照相装置

堆芯部件由下栅板支承，上、下栅板各开有211 个相对应的栅孔，除了为燃料元件及相关部件提供定位外，还兼作冷却剂自然循环的通道。在上栅板的A 圈和B 圈占用7 个孔位，开了一个大孔，用以安装φ100mm 的中央垂直孔道；上栅板上还对称地开有2 个三角形孔，每个孔分别占据1 个E 圈和2 个F 圈的孔位，用于安放φ52mm 的偏心腔垂直孔道。堆芯下方设有安全板，用以防止控制棒意外掉离堆芯，也为脉冲棒导向管提供支承。为适应不同运行方式下的不同功能及应用要求，采用了两种不同的堆芯布置方式(图2)。

燃料元件 所使用的铀氢锆燃料元件由中国核动力研究设计院独立研制。其外形尺寸及结构形式与原型脉冲堆燃料元件相同，不锈钢作包壳材料，外径37.2mm，总长760mm ，每根燃料元件中装有3 块UZrH1.6 芯体，芯体中插有锆合金棒。元件两端还各装有1 块石墨芯块，用作堆芯的轴向中子反射层。上、下端塞与包壳管由氩弧自动焊环缝焊连接，内充0.1MPa 氦气。为了补偿燃料、石墨芯体与包壳的不同热膨胀以及燃料、石墨芯体的辐照肿胀，芯体与上端塞及芯体与包壳管之间分别留有适当的轴向和径向间隙。西安脉冲堆燃料元件较原型脉冲堆燃料元件作了改进和提高：

(1)提高了燃料芯体中铀的质量比。原型堆元件中铀的质量比为8.5%，而西安脉冲堆提高到12%，每根燃料元件中235U 含量达57.1g，而原型脉冲堆每根元件中235U 含量为39.7g。

(2) 适当调整了燃料元件芯体与包壳间径向间隙及芯体与上端塞间的轴向间障，以适应西安脉冲堆高性能运行的要求。

控制棒 西安脉冲堆共有6 根控制棒。其中，5 根稳态控制棒，1 根脉冲棒。5 根稳态控制棒结构相同，不锈钢包壳，内装10 块B4C 芯体，作为中子吸收体，其下方还装有3 块UZrH1.6 燃料跟随体和2 块石墨芯体。稳态控制棒在堆内上下运动，由堆芯上下栅板的φ40mm 孔导向。脉冲棒由上空腔、B4C 中子吸收段和下空腔3 段构成。吸收段上下方分别设有压紧弹簧和隔块。脉冲棒在铝合金导向管中运动，导向管由上下栅板横向定位，由安全板支承固定。根据原型脉冲堆运行经验反馈，为增加脉冲棒的结构强度和使用寿命，对西安脉冲堆脉冲棒设计作了3 点改进：

(1) 将包壳管材料由原来的LT24 铝合金材料改为不锈钢材料。

(2) 将端塞与包壳管的焊接形式由原来的端面环焊改成了对接环焊缝形式。

(3) 脉冲棒与驱动机构联杆联接结构由原来的卡口——销钉式改成了螺纹联接。

西安脉冲堆对应每根控制棒设有1 台驱动机构，共有5 台稳态控制棒驱动机构和1 台脉冲棒驱动机构。西安脉冲堆控制棒驱动机构采用了步进电机驱动、滚珠螺母丝杠副传动，通过电磁铁、衔铁吸合，由联杆带动控制棒上下移动。西安脉冲堆控制棒驱动机构由不锈钢材料制成，采用水力缓冲。脉冲棒驱动机构是脉冲堆型特有的设备。在反应堆稳态运行工况下，该机构能带动脉冲棒上下移动，使其作补偿棒使用；当脉冲堆作瞬态运行(脉冲或方波)时，该机构可在0.1 秒内将脉冲棒全部或部分弹射出堆芯，实现脉冲发射。脉冲棒驱动机构采用机电和气力联合驱动,即由步进电机通过滚珠丝杠副带动滚珠螺母移动，再通过传动管、连接头带动气缸上下移动，实现脉冲棒的升降；当需要发射脉冲时，打开电磁阀，向冲击气缸通入压缩空气，使活塞在气缸内高速向上运动，活塞联杆把脉冲棒迅速带离堆芯，实现脉冲发射。调节气缸初始所在高度的位置，便可发射大小不等的脉冲。气缸排气后，脉冲棒靠自重下插到堆芯。与原型脉冲堆最初使用的驱动机构相比，西安脉冲堆驱动机构在调速、调位精度、脉冲发射速度、缓冲性能、可靠性及便于检修等方面都有提高或改善。

反应堆系统 与一般研究堆相比，脉冲堆系统设置较为简化。西安脉冲堆设置的系统有：反应堆冷却水系统及净化系统、反应堆控制及仪表系统和辅助系统。

西安脉冲堆冷却水系统由一次冷却水系统和二次冷却水系统2 个回路组成。一次冷却水系统是开式循环回路，由1 台离心泵、2 台热交换器及其相连的管道、阀门、仪表组成。该系统额定流量174t/h ，由离心泵建立一次水强迫循环，通过两台热交换器将热量传给二次冷却水，维持堆池水温度不超过45℃。经过热交器冷却后的一次水分2 路返回堆水池；一路以154t/h 的流量送入堆池下部；另一路以20t/h 流量经过安装在堆芯上方的喷射器射入堆水池，用以延长流经堆芯水中产生的16N 的上升时间，降低堆顶剂量水平。为防止水系统管道破裂而造成堆水池失水、堆芯裸露事故的发生，进出水管均由堆水池上部贯穿，并在管道上部开有防虹吸孔。二次冷却水系统由1 个吸水井、1 台冷却水泵、2 台玻璃钢冷却塔、1 个管式过滤器及其相连的管道、阀门、仪表组成的开式回路。系统以346.5m3/h 的额定流量经热交换器带走一次冷却水的热量，并通过冷却塔把热量传给大气。

为除去反应堆池水中的可溶性和不可溶性杂质，维持水质在规定的指标范围，降低堆结构材料及燃料元件的腐蚀速率、池水的放射性水平，保持池水良好的透明度，西安脉冲堆设置了净化系统，采用过滤和离子交换除去水中杂质。系统上设有pH 计和电导率仪，可在线监测净化前后的水质指标。净化系统除了用以净化反应堆一次冷却水外，还可单独净化乏燃料贮存池中的去离子水。

西安脉冲堆设计有完整的仪表和控制系统，在反应堆的各种运行工况下，不仅能为运行人员提供必要的信号和信息，对反应堆实施远距离的操作和控制，而且其保护系统能为反应堆安全提供保证。本系统由10 个分系统组成：①核仪表系统；②过程测量系统；③功率调节系统；④保护系统；⑤控制联锁系统；⑥棒控主电路系统；⑦报警系统；⑧棒位探测与显示系统；⑨数据采集与显示系统；⑩控制室。与其它反应堆的仪表与控制系统相比，西安脉冲堆仪表与控制系统有许多不同之处：有2 种运行状态共4 种运行方式，即稳态运行中的手动、自动运行，瞬态中的脉冲和方波运行。为实现对反应堆不同运行方式的选择与控制，西安脉冲堆仪表与控制系统设计有运行方式的选择及联锁，操纵人员可通过控制台上的运行方式选择开关实现反应堆不同运行方式的运行操作。由于西安脉冲堆的固有安全性，保护系统做了适当简化并降低了某些要求。例如，对堆功率的上升没有必要设置短周期保护。除此之外,有关脉冲发射的控制与联锁、脉冲参数的测量与显示等也是脉冲堆仪表控制系统的独特设置。

西安脉冲堆的辅助系统有：①造水及补水系统；②正常和应急供电系统；③通讯和广播系统；④压缩空气系统；⑤辐射剂量监测系统；⑥换料及工艺运输系统等。

实验辐照装置 西安脉冲堆配置的实验辐照装置种类较多，其中有：辐照腔、热柱、中子照相装置、水平切向孔道、水平径向孔道、单晶硅辐照装置、宝石辐照盒、气力输送系统(跑兔)、中央垂直孔道、偏心腔垂直孔道等。这些实验辐照装置可供开展各种核技术应用和多种科学实验研究。