基于JMCT软件的中子活化数值模拟程序的开发和检验

中子活化产物和辐射特征的数值模拟程序是研究材料活化效应的重要工具。在JMCT软件的基础上开发了具备材料中子活化效应模拟能力的数值模拟程序,并将其命名为“中子活化数值模拟程序”,旨在将其应用于军控核查、核安全等领域的研究中。对该程序在核弹头内部中子输运和活化计算的准确性进行了验证,发现该程序对核弹头内部中子输运和活化的计算精度优良。利用该程序研究了混凝土地面核素在裂变核材料的裂变中子辐照下的活化效应,计算结果进一步验证了中子活化数值模拟程序的功能。     

引入源-样品距离影响的主动中子多重性质量反演公式北大核心CSCD

主动中子多重性计数测量方法是常用的核材料质量无损测量方法,已广泛应用于核材料衡算、核安保测量与军控核查等领域。我们通过对JMCT中子-光子输运程序的二次开发,实现了对经典点模型铀样品质量估算实验的数值模拟,并提出了改进的铀样品质量计算公式。该算法可以显著降低本实验中源-样品耦合与源中子反照等作用对铀样品质量估算精度的影响。建立了主动中子多重性计数测量探测系统模型和32个铀样品半球壳模型,模拟得到了与铀样品距离不同的DT源和AmLi源主动中子多重性计数,利用数值模拟手段检验了质量估算算法的有效性。数值模拟结果表明,改进的铀质量估算算法可以使质量估算的平均偏差率降低到10%以下。     

中子照相数值模拟与实验的对比

 介绍了热中子照相的MCNP数值模拟方法,模拟了300＃反应堆Maxwell谱热中子束穿透样品射到转换屏的过程,给出了热中子对铝、铅、铁、铜的穿透能力,分析了引起模拟与实验结果不同的原因。通过模拟得到了清晰的图像,对比数值模拟与在300#反应堆中子照相装置上的实验结果,数值模拟结果图像与实验结果图像非常相似;散射中子对图像的影响也符合相同的规律,随着样品与转换屏之间的距离的增大,散射中子对结果图像的影响越来越小,当样品与转换屏之间的距离为样品尺寸的2倍时可以忽略散射中子的影响。     

中子照相数值模拟与实验的对比

介绍了热中子照相的MCNP数值模拟方法,模拟了300＃反应堆Maxwell谱热中子束穿透样品射到转换屏的过程,给出了热中子对铝、铅、铁、铜的穿透能力,分析了引起模拟与实验结果不同的原因。通过模拟得到了清晰的图像,对比数值模拟与在300#反应堆中子照相装置上的实验结果,数值模拟结果图像与实验结果图像非常相似;散射中子对图像的影响也符合相同的规律,随着样品与转换屏之间的距离的增大,散射中子对结果图像的影响越来越小,当样品与转换屏之间的距离为样品尺寸的2倍时可以忽略散射中子的影响。     

二维骨料随机分布混凝土的动态力学性能数值模拟北大核心CSCD

将混凝土看成粗骨料和水泥砂浆组成的二相非均质复合材料。根据富勒级配曲线和瓦拉文平面转化公式,编写了二维圆形骨料随机分布程序,对混凝土在冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟。分析冲击速度、试件尺寸、粗骨料大小及分布和粗骨料体积分数对混凝土动态力学性能的影响,讨论了混凝土的冲击破坏模式。数值模拟表明:混凝土的峰值应力随着冲击速度的增大而增大,具有明显的率效应;随着模型尺寸的增大而减小,表现出明显的尺寸效应;随着粗骨料体积分数增大,冲击荷载作用下混凝土的峰值应力呈现先增大后减小的趋势,粗骨料体积分数为40%时混凝土峰值应力最大;保持粗骨料最大粒径不变,随着粗骨料最小粒径的增大,混凝土的峰值应力逐渐减小;保持粗骨料最小粒径不变,随着粗骨料最大粒径的增大,混凝土的峰值应力呈现先增大后减小的趋势。数值模拟结果为混凝土的工程应用提供了理论依据和技术支撑。     

神光Ⅲ主机装置内爆中子和伽马辐射特性的数值模拟北大核心CSCD

采用三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序JMCT,对神光Ⅲ主机靶场进行精细几何建模,使用该模型通过计算获得了DD内爆聚变中子及伽马射线在靶场环境的空间分布以及能谱和飞行时间谱。根据计算结果对散射中子和伽马射线的特性进行了讨论,并定量分析了散射中子噪声和伽马噪声分别对下散中子产额测量和高能X射线照相的影响。研究结果表明:必须进行有效的辐射屏蔽设计才能使下散中子产额测量和高能X射线照相的信噪比优于10。     

瞬发伽马活化成像的数学模型建立与模拟重建北大核心CSCD

瞬发伽马活化成像中,样品内部的中子自屏蔽和伽马自吸收效应会使测量结果产生不均匀分布。针对成像单元响应不一致的问题,研究了样品内部中子场不均匀分布和伽马自吸收效应的影响,并进行了理论推导,建立了用于修正成像单元响应和图像重建的数学模型,利用数学模型对Fe,H元素瞬发伽马活化成像的蒙特卡罗模拟进行了元素图像重建。结果显示,样品内中子场和γ自吸收对成像的影响得到明显改善,Fe和H元素的含量分布使用此模型可以被精确重建,验证了数学模型的有效性。     

脉冲驱动磁化等离子体内爆升温点火的数值模拟北大核心CSCD

通过建立物理模型,用一维三温拉氏磁流体力学程序分析了由强电流(MA)脉冲驱动的金属套筒内爆压缩磁化等离子体的升温点火及能量增益过程。分析了脉冲驱动的金属套筒内爆、不同驱动源对金属套筒内爆升温的影响、Z箍缩过程中内嵌磁场和预加热温度对磁化等离子体升温的影响,以及点火需要的初态参数和点火后的能量输出。此外,对该过程中磁场增加α粒子能量沉积、降低电子离子热传导能量损失的物理机制做了介绍和分析。磁流体数值模拟结果显示:当初始的内嵌磁场和燃料的预加热温度分别取5T和250eV时,即可获得超过4keV的升温,初始参数包括内嵌磁场、预加热温度、燃料密度、套筒尺度、驱动脉冲幅值、加载时间等。在一定的条件下,点火成功,可产生kT量级的强磁场,并获得百kJ/mm量级的能量输出。     

非结构网格上大涡模拟数值方法研究EI北大核心CSCD

随着计算能力的飞速发展,在非结构网格上进行大涡模拟是研究叶轮机械真实几何结构下复杂流动问题的有效途径。本文针对非结构网格上数值格式人工黏性过大的缺点,利用湍流中动能级联特性,发展了适用于大涡模拟的低耗散数值格式,并结合亚格子模型,考察了其在基础湍流算例中的有效性。通过与传统迎风格式的对比,说明本文发展的低耗散格式可以显著提高非结构网格上大涡模拟的精度和可靠性。     

塑料闪烁光纤在高能中子辐照下质子分布特性的数值模拟

 利用Geant4系统模拟了在高能中子照射下,塑料闪烁光纤中产生的反冲质子的分布特性,分析了入射中子能量分别为2,4,6,8 MeV时,产生的反冲质子能量和方向分布,给出了反冲质子在不同方向上的能量分布。结果表明:向前和向后出射的质子分布不对称;反冲质子的能量在零与入射中子能量之间连续地分布;接近垂直入射方向产生的质子数较多;入射中子能量越高,产生质子数越少;反冲质子的出射角度越小,其能量越大,即沿着入射中子方向的反冲质子能量较大,垂直入射方向的反冲质子能量较小。     

中子活化分析原理及应用简介

介绍了中子活化分析的基本原理,详细给出中子活化方程的推导过程．概述其主要特点．通过实例对其应用进行了说明。     

数值模拟高能中子照相

模拟了14 MeV中子在穿透样品后与闪烁体光纤的作用。对每根光纤中的能量沉积进行了计算,并转换成可见光(496 nm)光子数。在模拟实验中,分析了影响图像质量的因素。计算了散射中子本底与闪烁体和样品(聚乙烯)间距的关系。当间距为cm量级时,散射中子本底对图像的影响很小。计算表明系统对样品的甄别厚度与入射中子总数有关,在一定范围内近似与中子总数的对数成线性关系。通过模拟结果给出了理想平行中子束入射情况下系统的平面分辨率。     

Spatial dosimetry and spectrometry with neutron activation of remaining Ag from nuclear emulsion

Certain characteristics of nuclear emulsion make it suitable for dosimetric measurements in space. It serves as an integrating medium of all ionizing effects i.e. the total dose absorbed within the detector, which leads to developable grains. Their number or the mass of silver, remaining after processing can be determined by neutron activation of the Ag nuclides. Using emulsions with different sensitivity thresholds (Ilford K5÷K0) allows to differentiate to a certain degree LET-classes of the ionizing radiation, and to obtain a rough composition of the flux over a wide range of dose. The results of the calibration with gamma rays, protons and oxygen for emulsions of different sensitivities are given. Results from various space experiments (Bion 10, 1, , 2, 2) are presented too.     

氘氘中子产额铟活化诊断方法

提出了活化法测量DD中子产额的实验方法,该方法可提高DD中子产额测量的精度。方法基于铟同位素115In与DD中子的非弹性散射反应,活化反应释放的射线被HPGe探测器记录,根据活化系统标定灵敏度推算出中子产额。分析了探测器记录的活化射线数与中子产额间的关系。介绍了一套活化测量的系统设计。通过蒙特卡罗方法模拟了活化样品出射的射线数与样品厚度的关系,模拟结果表明：样品厚度取为1 cm可兼顾活化效率和测量精度。在加速器上对铟活化样品进行了标定实验,实验结果表明：在聚变中子产额大于2109的实验中可使用铟活化诊断方法,中子产额测量的相对标准误差在10%以内。随着聚变中子产额的不断提高,铟活化测量中子产额的精度可进一步提高。     

中子标准测试束平台概念设计及模拟优化

为满足对中子散射谱仪关键部件的检测需求,提出一种基于反应堆中子源的中子标准测试束平台概念设计思路。该平台具有测试束流波长（0.1~0.3 nm）连续可调、n/可同步分析、样品台可多自由度移动以及便于后续拓展集成等优点。利用蒙特卡罗程序VITESS对平台整体结构,具体包括聚焦单色器、soller准直器等展开模拟优化分析。该装置利用可拆卸的准直器1实现高通量和较高分辨两种工作模式:工作于高通量模式时,样品台处中子（波长0.1 nm）束流强度最高可达6.15106 n/（cm2s）,水平发散度1;工作于较高分辨模式时,分辨率可达0.2％。     

氘氘中子产额铟活化诊断方法

提出了活化法测量DD中子产额的实验方法,该方法可提高DD中子产额测量的精度。方法基于铟同位素115In与DD中子的非弹性散射反应,活化反应释放的射线被HPGe探测器记录,根据活化系统标定灵敏度推算出中子产额。分析了探测器记录的活化射线数与中子产额间的关系。介绍了一套活化测量的系统设计。通过蒙特卡罗方法模拟了活化样品出射的射线数与样品厚度的关系,模拟结果表明:样品厚度取为1 cm可兼顾活化效率和测量精度。在加速器上对铟活化样品进行了标定实验,实验结果表明:在聚变中子产额大于2109的实验中可使用铟活化诊断方法,中子产额测量的相对标准误差在10%以内。随着聚变中子产额的不断提高,铟活化测量中子产额的精度可进一步提高。     

临界堆中子增殖系数测量统计涨落数值模拟

建立了临界堆中子增殖系数(参数)计算模型,采用闪烁体加光电倍增管组成的电流型探测器对参数进行测量。采用构造理想函数加统计涨落偏差的方式,利用数值模拟方法,研究了统计涨落对参数测量结果的影响。结果表明:测量信号统计涨落会影响参数测量精度;考虑统计涨落影响,为使参数满足要求,需要使探测器入射粒子数达到一定数量;针对不同测量时间,入射粒子起始强度需要满足不同要求;当起始强度不能满足要求时,可以采用增加测量时间;指数信号带随机涨落时,较大的求值区间能有效减弱统计涨落的影响。     

HCSB DEMO ����ͨ���׷������Ƭ������ϵͳ��������о�

利用蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP)对氦冷固态增殖剂包层聚变示范堆(HCSB DEMO)做了中子通量谱分析。根据中子通量谱特点选出活化片材料,根据跑兔系统和活化片法测中子通量的原理设计出适用于测量HCSB DEMO增殖包层中子的活化片法测量系统,并对其各组成部分及功能做了说明。计算了活化片在测量系统辐照端辐照时的活化反应率、活化片特征γ射线发射率及特征γ计数率,并得到一套合理的测量方案,用于HCSB DEMO包层中子的测量。     

14MeV中子照相中散射中子对成像影响的Monte Carlo模拟

依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离d<5cm时，样品中的散射中子对图像的影响强烈依赖于d，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm³时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和. 关键词： 14MeV中子 快中子照相 散射中子 Monte Carlo模拟