（本文文字节选自《核科学与工程》2014年第34卷02期，作者：吴宜灿，柏云清，宋　勇等，吴宜灿系中国科学院核能安全技术研究所所长，研究员）

摘要：针对加速器驱动次临界系统预研装置和第四代铅冷快堆的技术发展目标和实验要求，完成了具有临界和加速器驱动次临界双模式运行能力的10MW中国铅基研究堆CLEAR-I概念设计。CLEAR-I采用铅铋合金冷却，利用相对成熟的燃料和材料技术，通过全堆芯遥操自动更换燃料组件实现不同的实验目标，反应堆具有良好的现实可行性、安全可靠性、实验灵活性和技术延续性。本文简要介绍了CLEAR-I概念设计参考方案，并总结了反应堆的安全特性和技术研发进展。

加速器驱动次临界系统（ADS：Accelerator Driven Subcritical System）是一种新型的核能利用装置，其原理是利用加速器产生的高能质子轰击重金属靶产生散裂中子驱动次临界堆中的核材料发生核反应，维持次临界堆运行，该系统具有固有安全性。ADS系统中子能谱硬、通量高、能量分布范围宽，嬗变长寿命次锕系核素和裂变产物能力强，既可大幅降低核废料的放射性危害，实现核废料的最小化处置，同时可实现能量放大，提高核资源的利用率。中国科学院于2011年启动了战略性先导科技专项“未来先进核裂变能－ADS嬗变系统”（ADS专项），针对核裂变能可持续发展中核废料安全处置这一世界性难题，致力于自主发展ADS系统从试验装置到示范装置的全部核心技术和系统集成技术，为保障国家能源供给和核裂变能长期可持续发展做出贡献。中国科学院ADS专项选择了中国铅基反应堆CLEAR（China Leadbased Reactor）作为ADS反应堆的主要发展方向。2012年发布的国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012－2030）中，将以液态金属冷却次临界反应堆为核心系统的加速器驱动嬗变研究装置作为“十二五”时期建设重点。

考虑到铅铋合金具有成熟的技术基础和良好的热物理特性，中科院ADS专项第１阶段10MWt铅基研究反应堆CLEAR-I选择铅铋合金作为冷却剂，用于开展铅基反应堆的中子学、热工水力学和安全特性等实验研究，掌握铅基冷却反应堆设计、建造、运行和控制技术以及ADS系统耦合集成运行技术。

中国科学院核能安全技术研究所/FDS团队承担了ADS专项铅铋冷却反应堆的设计和技术研发工作，完成了CLEAR-I概念设计，并对一系列相关关键科学技术问题开展了研究。本文在分析国际上铅基反应堆技术特点和现状的基础上，给出了CLEAR-I概念设计参考方案，并总结了反应堆的安全特性和技术研发进展。更为具体的反应堆结构设计分析、中子学设计分析、热工水力设计分析、冷却剂系统设计分析、安全与环境影响评价等关键科学问题的研究将另立篇章讨论。

1　铅基反应堆技术特点和发展现状

1.1铅基材料技术特点

铅或铅合金（统称铅基材料）对于中子的吸收和慢化能力弱，反应堆中子经济性好，使得反应堆系统具有更高的核废料嬗变和核燃料增殖能力。铅基材料的熔点低，沸点高，反应堆可以在低压运行时获得高出口温度，避免了高压系统带来的冷却剂丧失事故的发生，同时可实现高热电转换效率。且铅基材料的化学稳定性高，与空气和水反应性弱，与钠冷反应堆相比避免了起火及爆炸等安全问题。同时，铅基材料的载热能力及自然循环能力强，可依靠自然循环排出堆芯余热，大大提高了反应堆的非能动安全性。加速器驱动的铅基反应堆还具有较大的产氚潜力，是解决聚变实验堆启动所需氚供给问题的一条重要途径。国际上ADS计划中均选用或重点考虑以铅基材料作为反应堆冷却剂材料。

1.2　国际铅基反应堆发展现状

铅基反应堆的研究可追溯到上世纪50年代。前苏联于1963年建成世界上第一艘利用铅铋反应堆为动力的核潜艇，并陆续将铅铋反应堆装备到其阿尔法系列核潜艇上。早期的铅铋反应堆没有考虑到铅铋合金的纯净化和氧浓度控制问题，反应堆在运行了几年后，发生了蒸汽发生器管道堵塞事故。前苏联专家经过针对性研究，掌握了氧控和纯化技术，有效解决了反应堆冷却剂管道堵塞问题，反应堆处于良好的运行状态。随着苏联的解体，俄罗斯由于政治和经济原因停止了对铅铋核潜艇的运行，但其铅基反应堆技术发展一直没有停止，并积极推进铅铋核潜艇技术的民用开发。

目前，铅冷快堆是第四代核能系统国际论坛（GIF）选出的第四代核能系统推荐堆型［１６］，其研发工作取得了良好的进展。俄罗斯计划于2019年完成电动率为100MW的模块化铅铋反应堆SVBR-100并网发电，并计划于2022年完成电功率为300MW的铅冷快堆ＢRST-OD-300的并网发电。从GIF组织2013年发布的第四代核反应堆路线图中可以看出，铅冷快堆有望成为首个实现工业示范和商业应用的第四代核能系统。欧盟计划于2023年在比利时建成可开展ADS耦合实验的铅铋冷却技术试验堆MYRRHA，同时计划在罗马尼亚建造热功率为300MW铅冷示范快堆ALFRED，并开展了铅冷快中子工业原型反应堆ELF的设计与研发工作。另外，俄罗斯、美国、日本、韩国等也在积极探索模块化铅基反应堆的非电应用开发，如俄罗斯物理与动力工程研究所（IPPE）设计的模块化铅铋冷却海水淡化反应堆RM-V867和美国阿贡国家实验室设计的高温铅冷制氢反应堆STAR-H2。