氦-3回路的设计与建造是为了使中国先进研究堆(CARR)具备开展高性能燃料元件的安全性和可靠性试验的能力。鉴于提高燃料元件的燃耗会带来巨大的经济效益，目前，在役核电站一直在实施提高燃耗的计划，但其后果将会造成包壳腐蚀加剧、芯块与包壳相互作用和包壳破裂的可能性增加。研究变功率工况下燃料元件安全性的最理想的途径是在试验堆上进行模拟各种瞬态工况的瞬态试验，取得燃料行为的数据，发展物理模型，分析导致元件完整性受到破坏的原因，从而制定合理的设计参数及运行制度来提高燃料元件的安全性和可靠性。氦-3回路是一种比较先进的燃料元件功率调节装置，它通过改变密闭回路中氦-3气体压力来实现试验燃料棒功率的变化，其特点是能够快速、均匀、灵活地改变燃料元件的辐照功率，且辐照参数易于控制。使用氦-3回路可以开展燃料元件的瞬态行为试验研究，如功率跃增和功率循环试验，也可用于燃料稳态辐照功率的控制，是CARR堆燃料辐照孔道实施功率调节的最佳选择。国外从1970年至今对PWR堆燃料瞬态行为进行了大量的、不间断的试验研究，获取了大量数据，对燃料元件结构的改进、燃耗加深做出了有益的贡献。目前，国内尚未开展氦-3回路设计与建造及相关内容的科研工作。氦-3回路不能单独使用，需要与堆内试验回路、堆内辐照装置配套使用。但氦-3回路的堆外部分是一个独立的控制单元，其主要功能是实现氦-3气体的压力变化和捕集回路中有害的氚，由气体管路抽真空、手套箱内气体抽真空、氦-3气体填充、氦-3循环、取样、氮气、气体排放以及仪、控、电等八个子系统组成。在研究生阶段，主要研究在CARR堆上建立氦-3回路的可行性、回路主要特点，并完成该回路堆外部分的设计。通过大量国外文献、资料的调研，对不同国家在瞬态试验中所选用的功率调节方案进行了技术分析和比较，并根据物理计算报告，确认了在CARR堆上采用氦-3回路方式，使其具备燃料元件瞬态试验的能力；并完成参数确定、系统说明书的编制、工艺流程拟定、关键设备(氚阱、压缩容器)设计以及工程概算的编制和生产厂家的调研等一系列工作。通过研究生阶段工作，解决了氦-3回路系统建造的关键技术，为在CARR堆上建造氦-3回路奠定良好的技术基础。研究表明在中国先进研究堆上采用氦-3回路进行功率调节是完全可行的，且不会影响反应堆的安全运行。我国已经具备在国内对氦-3回路进行设计、加工和调试的能力，目前已完成回路的初步设计(关键设备完成了施工设计)。