中国铅基研究反应堆CLEAR-I作为ADS研究装置的重要组成部分，除了为ADS的集成验证提供平台，还可同时兼顾铅冷快堆技术发展和快中子基础科学研究。其设计目标如下。

１）验证液态铅铋冷却反应堆设计分析软件与数据库；

２）验证液态铅铋冷却反应堆的物理、热工与安全特性；

３）考验液态铅铋冷却反应堆结构材料与燃料及关键部件的综合服役性能；

４）验证ADS嬗变处理核废料的特性及能力；

５）开展中子学及材料科学基础研究；

６）验证加速器驱动次临界系统耦合运行及测量控制技术。

根据ADS系统实现的技术途径，前期进行低功率次临界堆的实验研究，后期逐步提高次临界度并开展临界实验。因此，CLEAR-I的设计过程中重点贯彻在同一个装置上实现临界和加速器驱动次临界双模式运行的理念。

考虑到反应堆建造的现实技术可行性和安全性要求，同时兼顾研究堆实验要求的灵活性

和后期技术升级的延续性，按照一次设计、分步实施的方式进行。具体设计技术原则如下。

（１）现实可行性

采用现有较成熟的结构材料、核燃料和相关技术，提高反应堆建造的现实可行性。

（２）安全可靠性

充分利用铅铋合金的物理及化学特性，使反应堆具有固有安全性和非能动余热排出能力。反应堆设置控制棒系统，用于反应性调节及紧急停堆。

（３）实验灵活性

设置遥操换料系统，使堆芯具备采用不同燃料布置方式的能力，实现开展不同次临界度和临界运行的功能。

（４）技术延续性

反应堆关键设备技术路线与未来高功率实验堆一致，具有装载ＭＯＸ燃料以及次锕系嬗变靶件燃料的运行能力。

3　堆芯布置与核设计

CLEAR-I堆芯组件参考方案采用快堆中普遍采用的六边形组件，燃料棒棒束采用三角形排列并用绕丝固定。首炉燃料采用非军控的19.75%富集度的UO₂，燃料棒包壳材料主选１５－１５Ｔｉ不锈钢。堆芯依据功能划分由内到外依次为：靶区、活性区、反射区和屏蔽区。核设计采用的计算程序为自主开发的大型集成多功能三维中子学计算分析软件系统VisualBUS。通过对装料量和功率分布进行优化分析确定了反应堆堆芯的高度与直径比。考虑到CLEAR-I采用的铅铋冷却剂具有较弱的中子慢化和吸收能力，设计了大棒径和大栅距的燃料组件方案，大大降低反应堆装料量，同时提高了事故状态下反应堆的自然循环能力。

考虑到CLEAR-I的实验灵活性和升级需求，CLEAR-I具备临界运行能力，临界堆芯布置如图１所示。在加速器驱动次临界运行时，通过将外圈部分燃料组件（绿色）替换成反射层组件的方式，将反应堆调整为加速器驱动次临界状态。

临界堆芯布置时，活性区有94盒组件组成，其中86盒燃料组件（次临界运行时，52盒燃料组件替换成反射层组件），8盒控制棒组件。堆芯内设置两套独立的反应性控制系统，其中第一套反应性控制系统包括3根补偿棒和2根调节棒，第二套反应性控制系统包括3根安全棒。反应性控制系统在正常工况和卡棒情况下均能实现有效停堆，全堆剩余反应性满足10个满功率年的运行需求。燃料多普勒系数和冷却剂温度系数为负值，反应堆具有固有安全性。

燃料组件为六角形，是由按正三角形排列的61根燃料棒束装入外管套中构成。燃料元件之间利用绕丝定位，两端分别固定在上管座和下管座。上管座的上端为装载燃料组件用的操作头，而下管座下端为作为支撑和导入冷却剂的管脚。为保证燃料组件在铅铋冷却剂中依靠自重水力压紧，在燃料元件包壳管中采用了高密度材料配重的方式，同时在组件结构设计中采取机械固定的方式。