源强对Rossi-α噪声分析的影响

通过数值模拟手段研究了源强对Rossi-测量的影响。为了定量研究中子源强对Rossi-测量的影响,基于MCNP软件;开发了用于计算Rossi-分布的数值模拟工具。反应堆模型和加速器驱动次临界系统的示意模型的数值模拟结果被用于展示瞬发中子衰减常数与源强之间的关联。数值模拟结果表明,入射源强源中子强度对Rossi-测量结果有显著影响。对于处于次临界状态的反应堆和加速器驱动次临界系统模型,在入射源强较小时,Rossi-方法可以正确给出反应堆中子衰减常数,但当入射源强较大时,测量不能给出正确的中子衰减常数。通过研究源强和测量结果的关系,可以找到能够给出正确测量结果的最大可用源强。通过选择一个可用源强范围内的较强中子源,可以减少测量所需时间。     

随机中子动力学及其数值模拟研究进展

随机中子动力学是核动力设计和核反应堆安全中的重要课题,本文从随机中子动力学的基础概念和研究方法出发,介绍随机中子动力学研究的历史发展和研究现状.裂变中子与光子的多重性是反应堆零功率中子噪声主要来源,对中子涨落的方程描述及其求解,演化出零功率中子噪声与功率反应堆噪声的随机理论.随机中子动力学的重要应用包括反应性微观测量、功率反应堆噪声测量和分析、核临界漂移分析和核材料识别与检测等.在半个多世纪的研究中,以脉冲堆点火过程的脉冲爆发等待时间分布为代表的随机性,一直缺乏定量分析方法和工具.直到近几年,模拟随机中子动力学过程的广义半马尔科夫过程模拟方法取得了重要进展,很好地揭示了脉冲堆实验中子点火规律.最后讨论随机中子动力学研究中有待解决的研究课题.     

脉冲源法测量次临界系统裂变衰减特性的理论分析和数值模拟

针对点堆动力学理论解释脉冲源法测试原理时存在的问题, 基于无源中子输运方程分析次临界系统总中子数、泄漏γ射线计数率随时间的变化关系。理论分析表明: 脉冲中子源作用结束后(无源条件下), 在一定时间范围内, 泄漏γ射线计数率和总中子数近似成正比, 两者随时间变化服从近似指数衰减规律, 反映系统本身的裂变衰减特性, 可以由总中子数和γ射线计数率求解瞬发中子衰减时间常数。基于蒙特卡罗程序构造类Godiva裸铀球次临界系统, 模拟脉冲中子源作用下中子和γ射线输运过程, 计算总中子数、泄漏γ射线计数率及两者比值随时间的变化关系, 结果与理论分析一致; 利用脉冲源法由总中子数、泄漏γ射线计数率计算瞬发中子衰减时间常数α₀, 得到与α-k迭代一致的α₀。说明总中子数、泄漏γ射线计数率可以准确反映系统本身的裂变衰减特性。此外, 根据理论分析和模拟计算给出脉冲源法可用数据的时间范围, 分析泄漏γ射线计数率和总中子数比值的影响因素。     

临界装置计数率测量保护系统

计数率测量保护系统用于监测临界装置启动阶段次临界运行时的中子变化情况，据此推算出临界装置中子倍增因子和次临界反应性，并在1s时间内中子计数超过保护预设值时给出保护触发信号，使堆解体。     

ST401塑料闪烁体的脉冲中子相对光产额评估方法

介绍了脉冲中子在ST401塑料闪烁体上的相对光产额评估方法.采用Geant4蒙特卡罗软件模拟X射线和中子在闪烁体中的输运行为,记录产生的全部带电粒子类型和能量,由公式计算得到相对光产额.给出了不同能量的单个中子和单个X射线入射到1 mm,3 mm,5 mm,1 cm,2 cm,3 cm,5 cm厚ST401的平均相对光产额.在0.3 MeV脉冲X射线源和14 MeV脉冲中子源上开展验证实验,采用相同的图像测量系统记录相对光产额,给出了单个中子与X射线的平均相对光产额比值.模拟结果与实验结果相对误差小于10%.结果可以为宽能谱脉冲中子束图像测量系统的量程安排提供依据.     

聚变中子能谱测量系统脉冲中子灵敏度的实验研究

为多种复杂环境下的稳态和脉冲DT聚变中子能谱测量建立了一种灵敏度优化反冲质子磁谱仪. 使用成像板和同位素α源测量了谱仪的反冲质子能量-位置投影关系. 利用稳态加速器中子源平台、通过单粒子计数方法结合三维带电粒子输运程序模拟,研究了谱仪脉冲中子灵敏度能量响应. 通过高探测效率参数设置使谱仪对DT中子的探测效率达到2×10^-5 cm²水平,从而在较弱中子源上获得了较高统计精度实验数据. 程序模拟结果与谱仪α粒子刻度和DT中子标定实验结果取得了良好的一致性,可由此发展精细解谱技术,以提高脉冲中子能谱测量的灵敏度和能量分辨. 关键词： 聚变中子能谱 磁反冲质子 脉冲中子灵敏度 粒子输运     

CFBR-Ⅱ堆增殖反应性转换系数计算

CFBR-Ⅱ堆增殖反应性转换系数是利用源倍增方法获取次临界反应性的关键参数,该参数在多次标定实验中数值不同,为了解释该现象,从输运方程出发,对中子源倍增方法增殖反应性转换系数进行推导;针对不同反应性的CFBR-Ⅱ堆,采用蒙特卡罗方法,对表达式中的每个参量进行计算,得到不同反应性下的增殖反应性转换系数.通过分析得出,增殖反应性转换系数取决于缓发中子份额、外源中子的相对价值、增殖系统和替代系统的泄露几率比及探测器的探测效率比;CFBR-Ⅱ堆增殖反应性转换系数不是常数,而是随反应性变化的.     

裂变中子角关联分布的数值模拟

为了实现对自发裂变中子源能量、多重性和中子角关联分布的数值模拟,开发了根据裂变过程,逐步给出裂变中子多重性、能量和角分布等参数的NESF数值模拟程序,并将该程序集成到现有中子输运软件中.重点介绍我们开发的用于模拟自发裂变中子源能量、多重性和中子角关联分布的程序的背景、物理依据、程序流程,以及基于该程序开展的中子角关联分布特征与核部件特征关联的数值模拟.     

中子管非中子产物性质

采用两只经过标定的ST401闪烁探测器,测量了脉冲中子管的中子产额,在其中一只探测器前端增加铅板屏蔽,1 cm的铅屏蔽使探测器输出减少了18.20%,在加速器中子源上进行的类似实验表明,0.5 cm的铅使探测器的输出减少了2.90%。对两个中子源上测量的情况进行了蒙特卡罗模拟,加速器实验与模拟符合较好,脉冲中子管实验差别较大。对实验和模拟的情况进行了分析,结果表明:中子管除产生中子外,还会产生数量较多的轫致辐射X射线,这些X射线对准确测量中子管中子产额将造成不良影响。     

散射中子对超瞬发临界系统动态行为的影响北大核心CSCD

在点反应堆理论的基础上,建立了研究散射中子影响超瞬发临界系统动态行为的模拟计算方法,利用CFBR-Ⅱ堆的脉冲实验验证了该方法的正确性。通过分析计算表明,在超瞬发临界状态,散射中子的影响包括增加反应性、使脉冲波形后沿展宽和增加脉冲裂变产额。建立的模拟计算方法为预测脉冲堆外各种物体产生的散射中子的动力学效应提供了途径,对提高脉冲堆的核安全有应用价值。     

启明星Ⅱ次临界非稳态热中子注量率测量

中子注量率及分布是反应堆的重要参数,本工作通过核数守恒在非稳态情况下的推导和求解,从理论上论证了次临界反应堆非稳态情况下中子注量率测量的可行性。将活化法和固体径迹法有机结合,利用固体径迹探测器标定活化片的测量数据,测量了启明星Ⅱ零功率装置的He-3管实验孔道内及反应堆外壁的中子注量率的分布,并与模拟计算结果进行了比较,利用MCNPX程序得到的模拟计算结果与实验结果的趋势一致,证明了该测量方法可以测量低通量的中子注量率,可实现反应堆不同时刻、不同位置的中子注量率测量,为CiADS技术的研发提供了实验数据与技术支撑。Neutron flux measurements were carried out at VENUS-Ⅱ lead-based zero power reactor by neutron activation method combined with solid-state nuclear track detectors (SSNTD). This experimental method was proposed based on the principle of nuclear number conservation when a foil was irradiated in an unsteady-state neutron field. By this method, thermal neutron flux distributions inside the He-3 duct were measured when VENUS-Ⅱ was operated under unsteady-state. The neutron flux distributions were also calculated with MCNPX code and were consistent with the experimental data. In addition, the neutron fluxes in the outer layer of VENUSⅡ were measured under steady-state. These results would benefit the further study of experimental methods for neutron flux measurement and provide important support for the design of CiADS.     

高温气冷堆堆芯中子时空动力学模拟计算

研究开发三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序.对给定的模块式高温气冷堆模型进行模拟计算.初始状态下,计算结果与中子扩散程序CITATION吻合很好.动态情况下,模拟堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率和堆芯相对功率等物理量随时间变化,计算结果与理论分析一致.     

CiADS中LBE散裂靶的放射性核素研究

铅铋合金(LBE)作为中国加速器驱动系统(CiADS)散裂靶的候选材料,长期辐照使其具有很强的放射性。散裂靶放射性核素的研究仅考虑了质子束的散裂反应,而忽略了反应堆裂变中子的活化作用。本文采用FLUKA和MCNP耦合计算LBE和及其结构件的放射性产物。比较了裂变中子和高能质子在放射性产物的活度、主要放射性核素、毒性和衰变光子等方面的贡献。裂变中子的活化作用对主壳、导管和射束管有显著影响。当反应堆趋于临界状态时,裂变中子对LBE的活化作用是高于质子束流的。在LBE中,96.66%的 210Po是由裂变中子诱导的。这些结果表明,裂变中子在LBE及其结构部件的活化计算中是必不可少的。此外,本研究为CiADS的辐射防护提供了参考数据,也为ADS系统中散裂靶的放射性核素研究提供了更准确的方法。     

加速器驱动次临界系统中堆外中子注量率监测方法（英文）

在加速器驱动的次临界（ADS）系统中,次临界反应堆的功率控制是通过控制束流强度来实现。监测堆外中子注量率,不仅提供了反应堆功率指示,也为反应堆保护系统在启动和运行阶段提供了重要的监测信息,因此,堆外中子注量率的监测在ADS系统的控制与保护中起着非常重要的作用。采用3套裂变室和3套非补偿电离室来监测ADS堆外中子注量率。由于裂变室有脉冲、电流和均方电压3种操作模式,1套裂变室可以监测源量程、中间量程和功率量程等宽范围的反应堆功率。所以,使用的监测方法有3个优点,即:增加了监测通道的冗余度,提高了保护系统的可靠性,以及能提供更多的轴向功率分布信息。由于这些中子探测器对中子能谱很敏感,提出了一种有效的校准方法,即先用一个标准的中子源校准这些中子探测器,然后再将中子注量率除以一个修正因素。基于Geant4仿真结果显示,所提取的裂变室和非补偿电离室的修正因素分别为5和42。In an accelerator driven sub-critical (ADS) system, power control in sub-critical reactor is achieved through the control of the beam current. Excore neutron flux monitoring in an ADS system, not only provides indication of reactor power, but also provides important inputs to reactor protection system during startup and power operation, and thus plays a very important role in the control and protection of ADS system. This paper presents the excore neutron flux monitoring method which uses three fission chambers (FCs) and three uncompensated ion chambers (UICs). With three operation modes, pulse mode, current mode, and mean square voltage mode, an FC can monitor reactor power over a wide range from the source range to the intermediate and power ranges. The proposed monitoring method increases the redundancy of independent monitoring channels, improves the reliability of the protection system, and provides more information on axial power distribution. Since these neutron detectors are sensitive to the neutron energy spectrum, we propose an effective calibration method to provide the exact value of neutron flux, i.e., these neutron detectors are calibrated with a standardized neutron source, and then, a correction factor is added in the calibration by comparing the neutron energy spectrum of the neutron source with that in ADS system. Based on Geant4 simulation, the correction factors of 5 and 42 are extracted for FCs and UICs, respectively.     

Monitoring method for neutron flux for a spallation target in an accelerator driven sub-critical system

In this paper, we study a monitoring method for neutron flux for the spallation target used in an accelerator driven sub-critical(ADS) system, where a spallation target located vertically at the centre of a sub-critical core is bombarded vertically by high-energy protons from an accelerator. First, by considering the characteristics in the spatial variation of neutron flux from the spallation target, we propose a multi-point measurement technique,i.e. the spallation neutron flux should be measured at multiple vertical locations. To explain why the flux should be measured at multiple locations, we have studied neutron production from a tungsten target bombarded by a 250 Me V-proton beam with Geant 4-based Monte Carlo simulations. The simulation results indicate that the neutron flux at the central location is up to three orders of magnitude higher than the flux at lower locations. Secondly, we have developed an effective technique in order to measure the spallation neutron flux with a fission chamber(FC), by establishing the relation between the fission rate measured by FC and the spallation neutron flux. Since this relation is linear for a FC, a constant calibration factor is used to derive the neutron flux from the measured fission rate. This calibration factor can be extracted from the energy spectra of spallation neutrons. Finally, we have evaluated the proposed calibration method for a FC in the environment of an ADS system. The results indicate that the proposed method functions very well.     

On the limit of neutron fluxes in the fission-based pulsed neutron sources

The upper limit of the density of the thermal neutron flux from pulsed sources based on the fission reaction is established. Three types of sources for research on ejected beams are considered: a multiplying target of the proton accelerator (a booster), a booster with the reactivity modulation (a superbooster), and a pulsing reactor. Comparison with other high-flux sources is carried out. The investigation has been performed at the Frank Laboratory of Neutron Physics of JINR.     

堆振荡器法测量反应性的误差因素分析

为合理选择堆振荡器法实验条件,利用数值求解和公式推导,对影响测量精度的几项主要因素进行了分析。研究表明,通过选择合适的反应性振荡幅度及频率,可以提高堆振荡器法测量反应性的精度。由分析结果可知,对于中子代时间较短的反应堆,要使用堆振荡器法测量小反应性,在测量条件允许的情况下,应尽可能选择高频率的反应性振荡。     

加速器驱动次临界系统散裂靶参数优化计算

采用国际开源程序包Geant4,构建高能质子束轰击加速器驱动次临界系统(ADS)散裂靶的物理模型,模拟计算质子轰击液态金属铅、铅-铋合金和汞靶的泄漏中子谱分布,以及计算不同能量质子对应的铅靶泄漏中子产额和轴向积分分布,获得1 Ge V质子对应的铅圆柱靶优化参数,考虑入射质子的利用率和整个堆芯的体积质量,优化靶半径范围为16～24 cm,靶高为100 cm,相关研究结果可为(ADS)散裂靶的物理和工程设计提供理论依据。