基本介紹
- 中文名：TRIGA反應堆
- 外文名：TRIGA reactor
也叫鈾氫鋯反應堆，是一種以氫化鋯與濃縮鈾均勻混合物為燃料的固有安全性很高的研究堆。TRIGA堆是由美國通用原子公司研究和發展起來並為其壟斷的一種具有獨特性能和廣泛用途的研究性反應堆。目前全世界已有二十多個國家和地區建造了六十多座這種類型的反應堆。
鈾氫鋯反應堆的特點及工作原理 鈾氫鋯反應堆與其它反應堆的最大區別在於它採用了一種獨特的燃料-慢化劑元件. 這種元件是由濃縮鈾和固態氫化鋯的均勻混合物(UzrH1.6)製成的, 因而能產生一個很大的瞬發負溫度係數，比一般游泳池堆約大一個數量級, 比重水堆約大兩個數量級。這裡值得注意的是它的瞬發特性。我們知道. 一般反應堆都有一個負溫度係數, 但它們的主要份額是緩發的, 這是因為慢化劑溫度的升高總是滯後於功率和燃料溫度的增加, 也就是說這種負溫度係數的主要貢獻只能在功率上升一段時間後才能使反應性下降。因此, 當發生功率陡增事敵時, 這種緩發負溫度係數還來不及起作用, 反應堆就可能被破壞。而鈾氫鋯堆則因為燃料和慢化劑是均勻混合在一起的. 這就意味著功率的任何增加， 都將同時加熱元件內的燃料和慢化劑，並立即使反應性下降, 從而自動地調整其功率, 使反應堆安全運行。
在一般反應堆內, 周期不得小於10秒, 更不允許反應性的增長超過緩發中子份額(一般為千分之六到七，稱為一元) 。如果達到所謂“瞬發臨界”, 功率的增加速度將不再取決於緩發中子壽命，而是取決於瞬發中子壽命。這樣就可能在l 秒鐘內使功率升高千百倍，這當然是很危險的。
可是鈾氫鋯反應堆由於有很大的瞬發負溫度係數, 不僅增加1 元的反應性沒有危險, 甚至迅速引入高達5元的正反應性也不會有危險。而且可以利用這一特點得到一個脈衝中子束。也就是說, 這種堆不僅可以穩態運行，還可以脈衝運行, 故有脈衝堆之稱。所謂脈衝運行, 就是在很短的時間內引入高達3~5元的正反應性，使堆功率迅速上升幾千倍，乃至幾萬倍，如一座穩態功率為1500千瓦的I 型鈾氫鋯反應堆, 在引入3 元反應性時, 脈衝峰功率可達2000 兆瓦，峰中子注量率可達6×10 中子/ 厘米·秒。在引入4.5 元反應性時，峰功率為6400兆瓦。從而大大地擴大了反應堆的功能和用途。
鈾氫鋯反應堆的脈衝運行是依靠堆芯內的脈衝棒來實現的。一般可在幾十毫秒內將棒抽出堆芯，從而使功率迅速上升。這種棒採用電動-氣動聯合驅動裝置，即靠壓縮空氣推動氣缸內的活塞來提升控制棒; 靠電動機-減速箱-滾珠絲槓來調節行程, 從而改變引入的反應性大小，因而也改變脈衝峰功率和峰中子注量率的大小。
鈾氫鋯反應堆的優點 鈾氫鋯反應堆具有安全、經濟、用途廣泛等優點。
這種堆特別安全可靠, 適於建造在大城市、研究機構和大學校園等人口稠密區，即使由學生或其它沒有運行經驗的人員來操縱也不會發生嚴重事故。其主要原因在於它具有很高的固有安全性，也就是具有很大的瞬發負溫度係數。此外，還有兩個原因是: ①鈾氫鋯燃料材料保持裂變產物的性能很好(在假定事故條件下, 元件釋放的裂變氣體份額約為1×10) 。②鈾氫鋯在高溫水內也不易發生化學反應，即使包殼破裂也沒有什麼危險( 燃料在1200℃高溫下投入水中淬火, 也無明顯的金屬-水反應。
這種堆堆芯緊湊、結構簡單, 依靠自然循環冷卻(冷卻劑流量小, 且不需要事故冷卻系統) ，安全保障設施要求低(無需兩路電源, 事故電源僅作為儀器儀表供卑及事故照明, 容量很小) , 裝料少(一座功1000千瓦的II型堆, 如使用標準元件,僅需2.9公斤U) , 堆芯壽命長(1000千瓦的堆，如使用標準元件為360兆瓦-天, 如使用長壽命元件為10兆瓦-年) , 運行維護簡單，因此建造和運行費用較低。建造一座1000~1500千瓦的II型鈾氫鋯堆, 僅相當於一般游泳池維的40%~50%。
用途廣泛，適合於推廣套用。凡是一般研究堆能做的工作, 鈾氫鋯堆均能承擔, 而且可利用其獨特的脈衝運行性能, 承擔一般研究堆不能承擔的任務。例如, 研究動力堆的安全和動態特性；研究電子器件的瞬態輻照效應; 利用脈衝中子和高速照像技術研究某些動態過程; 利用脈衝中子進行腫瘤輻照等等。
鈾氫鋯反應堆的套用 鈾氫鋯堆的用途極為廣泛, 不僅套用在工業(包括地質、採礦、冶金、石油, 化學、機械製造、食品工業等) , 農業, 醫學( 包括放射醫學和法醫學) 以及基礎科學研究和套用(如核物理、中子物理及固體物理、放射化學等) 方面, 而且套用在考古、博物館及刑事學方面。
鈾氫鋯堆有以下一些基本用途：①中、短壽命放射性同位素的生產；②中子活化分析；③中子照像；④核物理、中子物理及固體物理等基礎研究工作；⑤輻照試驗；⑥教學和人員培訓；⑦動力堆的安全和動態學研究。
除了上述主要用途外，還有很多直接和間接的用途: ① 工業套用, 如單晶矽中子摻雜; ②農業套用, 如輻照育種, 糧食貯存, 農藥及其有害殘餘物對莊稼的影響, 利用放射性同位素研究肥料吸收等。③醫學套用, 除了套用放射性同位素診斷和治療疾病以及藥品和生物樣品分析以外, 還可在鈾氫鋯堆上進行腫瘤輻照。④考古套用, 如出土文物鑑定, 貨幣起源及金銀貨幣品質研究等。⑤博物館學套用，如老照片復原, 珍品寶物貯存，⑥ 刑事學套用, 如火藥余渣測定, 麻醉藥品測定, 證據類物品(如油漆、玻璃、紙張、塑膠、橡皮、頭髮等) 鑑定。
