101重水研究堆（代號HWRR）是我國第一座反應堆。
基本介紹
- 中文名：101重水研究堆
反應堆本體結構如下圖。
歷史 1958年6 月13 日首次達到臨界，同年9 月27 日，由陳毅副總理剪彩後，開始提升功率運行。這座反應堆為發展我國的核科學技術，特別是對我國核子彈、氫彈爆炸成功，核潛艇製造，放射性核素輻照生產，基礎和套用基礎研究以及培訓科技人才等，做出了貢獻。
幾十年來，世界範圍內研究堆技術得到了很大的發展。除研究、設計、建造滿足特種需要和性能更先進的反應堆外，主要的工作是改進和充分利用已經建成的反應堆。為此，圍繞著提高反應堆中子通量密度、降低燃料的富集度、發展堆內輻照技術、改進實驗儀器設備以及擴大套用等重要技術問題，很多國家開展了工作，取得了很好的效果。101 重水研究堆從反應堆物理、熱工特性研究、設備維修改進、輻射防護、反應堆運行管理、擴大套用和人才培養等許多方面，都進行了不斷的探索，並取得了重要成果。
發展階段HWRR 是多用途的研究堆。原設計以2 %富集度的金屬鈾為燃料，重水作冷卻劑和慢化劑，石墨作反射層。反應堆額定功率為7 MW ，加強功率為10 MW ，中央垂直實驗管道最大熱中子注量率為1.2x10中子/厘米·秒。反應堆主要用於物理實驗和輻照生產放射性核素。其後，經過改建，反應堆額定功率提高到10 MW ，加強功率增加到15 MW 。
HWRR 的發展，基本上可分為三個階段。從1958 年起至1978 年止，為第一階段，以吸收、消化、改進和安全運行為主要任務。1978 年底至1982 年，為反應堆改建階段，以更換堆芯，改造重水系統，更新熱工、輻射監測儀表及引進過程控制計算機為主要工作內容。1982 年以後，為改津後繼續高功率運行，進一步擴大套用領域的階段。
第一階段，在原有技術基礎上，開展了以改進設備性能，加強安全運行，擴大堆的用途，提高經濟性為中心的技術改進。通過多方面的技術改進，消除了許多設備隱患，引進了新技術，提高了自動化程度，加強了安全措施，擴大了套用範圍。同時，也為爾後的反應堆改建在人員上和技術上作了誰備。
反應堆改建分兩期進行。1978 年底至1980年6 月，完成了以更換堆芯及改造重水系統為重點內容的一期工程。1980 年下半年至1982 年，完成了二期工程，主要項目是更新熱工監測儀表、輻射監測儀表和安裝過程控制計算機。鑒於二期工程的特點，施工是在每月停堆後的檢修時間內進行的。
改建以後，為進一步擴大套用和加強安全性進行了以下幾項主要工作。
( 1 ）改進離子交換柱重水淨化系統在運行中，發現1967 年投人運行的離子交換柱重水淨化系統還有值得改進的地方：其一是淨化總水量還顯得偏少；其二是更換樹脂時比較費事，操作人員的劑量當量大。為此，重新作了改進設計，並於1983 年投人運行。新淨化系統增加了樹脂裝量，採用了水力輸送樹脂的工藝流程。
( 2 ）堆芯改用UO2棒束燃料組件。再次更換堆芯，反應堆改建之後，利用3 % 富集度的金屬鈾燃料元件運行了兩年多的時間。眾所周知，鈾的耐腐蝕性能很差，在常溫下也會和水起劇烈的反應，使鈾氧化脫落。因為使用鋁合金作包殼，一旦發生元件包殼破損，有可能因自然惡化或人為處理不當而造成冷卻劑系統的污染。即使出現包殼的微小破損，也不允許繼續開堆運行，必須停堆查找。上述情況於安全和生產均是不利的。為改變這種情況，進行了UO2 棒束燃料組件的堆芯物理、熱工設計、工藝管改進設計。1983 年利用停堆檢修時間完成了堆芯燃料的更換。UO2燃料組件，在長時間高功率運行及多次熱循環工況下顯示了良好的安全性。
利用HWRR 進行的主要工作101 重水研究堆用途是很廣的。現就主要科研和生產工作概述如下。
1 ．熱中子散射實驗
利用熱中子散射實驗研究物質的靜態結構和動態信息，已成頗具特色的研究手段，在物理、化學、生物學、冶金學和材料科學等方面，得到了廣泛的套用。利用上述設備目前開展的課題有：l ）磁性材料的中子衍射研究，著重研究希土元素合金磁性材料，某些鐵氧體磁性材料的結構和磁結構。2 ）鐵氧體結構和軟膜相變研究。1974 年首先觀察到了a 一碘酸銼晶體在外電場作用下衍射效應增強的現象。3 ）金屬氫化物中子散射研究。如探索材料貯氫性能和微觀結構的關係。4 ）超導微觀機理研究。研究了某些超導材料的聲子譜，觀察在材料中加人某些元素後，聲子頻率變化與超導轉變溫度的規律。5 ）小角散射，將先開展一些金屬材料缺陷研究，逐步創造條件，開展生物膜、生物分子和聚合物結構研究。
2 ．輻照研究
輻照研究主要在工具堆上進行。HWRR 經過技術改進，進行了適量的輻照研究工作。利用建成的低壓水輻照迴路，低壓重水輻照迴路，高溫高壓輻照迴路，先後進行了生產堆、101 重水研究堆（改建）、核潛艇堆及秦山核電站堆的燃料元件（或組件）的考驗研究。還利用HWRR 的工藝管道隨堆考驗了生產堆燃料元件。另外，還進行了反應堆結構材料，反射層材料的輻照研究。可以說HWRR 起了部分工具堆的作用。
3 ．放射性核素輻照生產
利用HWRR 可以輻照生產多种放射性核素，供農業、工業、醫學和科學研究等諸多方面套用。套用放射性核素投資少，效益大，被稱為核工業中的“輕工業”。HWRR 輻照生產放射性核素，有以下較為有利的條件：1 ）反應堆使用低濃鈾燃料，加上反應堆的綜合利用，所以，相對而言成本較低；2 ）活性區內輻照管道較多，輻管空間大；3 ）中心垂直管道的熱中子注量高，可生產較高比度的產品；4 ）有旋臂吊車系統，可以在反應堆運行工況下，方便地進行輻照樣品罐的送進取出。HWRR 生產放射性核素在國內是最早的，也是國內放射性核素的重要生產基地。
4 ．堆中子活化分析
中子活化分析方法是分析痕量和超痕量元素的重要方法。在工業、農業、醫學、環境科學、地質、天體化學、考古等許多領域得到了廣泛的套用。
HWRR 是國內最先開展中子活化分析工作的。它可為中子活化分析提供數以十計的石墨層管道，安裝跑兔系統。現有兩套“跑兔”裝置。一套是堆中子活化分析裝置，由快速自動輻照裝置、高效率和高解析度的Ge ( Li ）探測器以及計算機組成。對周期表中大多數元素檢出下限能達到10~10g。另一套是利用緩發中子法測鈾裝置，它由氣動輸送系統、定時和自動控制系統以及測量和數據處理系統組成。該方法分析天然鈾的下限為0.05ppm，適合於對大規模的地質普查樣品的分析。
5 ．材料輻照改性
利用專用的輻照裝置，在反應堆運行時，可進行單晶矽中子摻雜，生產NTD 矽。在停堆工況下，利用堆芯g射線，進行電子元器件的輻照。
退役 101 重水研究堆已於2007年底最終停閉。退役最終目標為：由原計畫的全部拆除無限制開放它用，改變為目前認定的部分拆除，廠址去污後無限制開放，作為核工業教育基地展室供參觀用。
