弱源引发持续裂变链统计涨落现象

裂变材料系统中，中子源尤其是弱强度中子源释放中子的时刻是随机性的，系统中中子与原子核相互作用的随机性，使得从中子源放出中子时刻开始的中子裂变链的初期发展过程具有显著的统计涨落性质，对于稍微超(瞬发)临界的系统往往仅有少部分裂变链才能够持续发展下去，成为持续裂变链。CFBR-Ⅱ快中子脉冲堆在超瞬发临界状态下，由很弱的内源引发持续裂变链，并在反馈机制的作用下形成中子脉冲，其脉冲出现时刻(称为引发时间)表现出随机性，正是这种统计涨落现象的反映。针对CFBR-Ⅱ堆这种统计涨落现象进行实验和理论两方面的研究，得到一些初步结果。     

脉冲堆有限裂变链长的数学期望值分析(英文)

讨论了在一个增殖系统引发一个持续裂变链所需要的平均中子数。在点堆模型基础上, 考虑了在 t0 时刻系统引入一个源中子, 在 t 时刻产生 n 个中子的概率(n, t0, t), 推导了概率生成函数 G(z; t0, t)所满足的偏微分方程, 并得到了近似解。用近似解计算了Godiva II脉冲堆的有限裂变链长数学期望值, 有限裂变链期望值反比于脉冲堆的反应性。     

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。     

随机中子输运方程解析解的改进

在研究核材料安全、核反应堆启动、脉冲堆爆发脉冲等待时间概率分布等具有弱源的中子可增值系统时，通常用随机中子输运理论研究弱中子源引起系统发生持续裂变链的统计涨落行为，Pal、Hansen、陈式刚等都在点堆模型的基础上给出了详尽的理论分析结果。根据Bell的理论也可以用考虑了中子位置和速度（x,v），功相空间的非线性微分一积分随机中子输运方程通过S-N方法数值解方法进行此类问题的研究。     

CFBR-Ⅱ堆自发裂变中子价值有效系数计算

CFBR—II堆是一个由高浓缩铸造铀球壳组成的椭球形快中子脉冲堆，并带有贫化铀和黄铜球壳反射层，其中心钢托盘在水平方向还开有3根圆孔棒槽供自动调节棒、补偿棒和脉冲棒插入。该堆的自发裂变中子主要分布在贫化铀反射层和浓缩铀活性区，由于不同区域的中子价值不一样，需要将各处的自发裂变中子源强等效到系统中心去，因而引入了有效系数这一概念，它是指以系统中心的中子价值作参考，其它区域的平均中子价值与该参考值的比值作为该区域的有效系数。根据系统各区域的有效系数，便可求出堆体总的自发裂变中子等效为中心点源后的有效源强。     

随机中子输运方程点堆模型解析解

研究弱中子源引起系统发生持续裂变链的统计涨落行为，可用考虑中子位置和速度（x,v），功相空间的模型，或者用点堆模型来描述，从点堆模型得到的随机中子输运方程近似解与系统的空间位置无关。     

快中子堆堆外场点中子谱的测量

对脉冲堆而言，在无强吸收介质时，堆外任何一点的中子谱可近似地由热中子谱、1／E谱和裂变谱叠加而成。根据这一原理，利用包镉的^235U转换靶和裸^235U转换靶在固体径迹探测器上产生的裂变径迹数差，确定热中子谱(镉下中子)；用包镉的^235U转换靶和^238U转换靶在固体径迹探测器上产生的裂变径迹数差，获得1/E谱和裂变谱。     

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.     

裂变偶微焊接工艺

与其他中子探测器比较，裂变偶中子探测器具有时间响应快、体积小的优点，它能在强γ辐射环境中精确而又迅速地响应中子注量的变化，适用于堆内和堆周围的中子通量描绘，在中子诊断和反应堆控制方面有广泛的用途。裂变偶的制作工艺主要包括两种：微焊接和封装，其中裂变珠与偶丝间微焊接的好坏程度对于裂变偶性能的影响至关重要。为进一步提高焊接效率，改善焊接后的性能，通过对各种焊接方法的调研，选用3种适用于微焊接、可行性较高的方法进行尝试和实验，用现有的技术条件制作了裂变偶。     

Z箍缩聚变裂变混合堆包层中子学分析

作为一种有竞争力的能源系统,Z箍缩聚变裂变混合堆(Z-FFR)正在开展概念研究,包层研究正是其中重要的一部分。建立了Z-FFR包层设计模型,分析了包层影响因素、中子平衡、通量与功率密度、燃耗等方面,表明该包层设计在50年内能量放大因子、氚增殖比和燃料增殖比的平均值分别为14.91,1.294和5.140,满足设计要求。针对聚变源的脉冲特性进行了包层的瞬态中子学分析,发现燃料区中子脉冲可分为聚变中子、瞬发裂变中子和缓发裂变中子脉冲三个部分,绝大部分热量约在0.01s内沉积。结果较完整地给出了Z-FFR包层的中子学参数,为概念研究提供了基础。     

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。     

台风激发水下噪声场的建模及其在台风风速反演中的应用

基于简正波理论,结合风成海面噪声传播模型和风成噪声源级模型,推导出台风激发水下噪声场强度的计算公式,建立水下噪声强度与海表面风速的函数关系,并给出模型中相关参数的求解方法。应用这一关系,由台风经过时的水下噪声实测数据,反演得到对应时刻的海表面风速值,并将反演结果与气象台给出的台风风速预报值进行对比。      

墙壁反射中子对脉冲堆波形的影响

墙壁的反射中子会对快脉冲堆的波形产生明显的影响.堆芯中子泄漏后,经过墙壁的反射有一定的概率返回堆芯,由于能量的差异,泄漏中子的返回时间是一个连续的分布.传统的双区模型只考虑了相互作用概率,而没有时间信息,尽管可以很好地解决稳态问题,而无法解决瞬态问题.本文采用等效的方法,把泄漏中子等效为时间相关的堆芯本征源,建立了含有反射效应的时间关联双区模型.求解得到的脉冲波形与CFBR-Ⅱ的实验结果一致,从而合理解释了脉冲波形后沿衰减变慢和坪功率提高的实验现象.     

中子在大气中产生氮俘获γ的蒙特卡罗模拟研究

为了精确计算早期核辐射,建立了中子及次级γ在大气中输运的蒙特卡罗计算模型,并利用几何分裂算法与时间分裂算法等减方差技巧提高计算效率,计算得到了距源点不同距离球面上中子与中子次级γ的信息,给出了不同位置不同时间的氮俘获γ能量释放率。开展了氮俘获γ能量释放率的规律性研究,并分析了中子能量对氮俘获γ的影响。结果表明,氮俘获γ能量释放率先随源点的距离增加而增大,在距源点约500 m达到峰值,而后随距离增加指数衰减。氮俘获γ能量释放率在时间上服从指数衰减规律,衰减时间在0.1 s左右。引入表征氮俘获γ辐射强度参数a和特征衰减时间参数τ,拟合得到了不同距离不同时间氮俘获γ能量释放率的快速计算公式。研究表明,氮俘获γ辐射强度、衰减时间及其空间分布均与中子能量密切相关。     

Instrument intercomparison in the pulsed neutron fields at the CERN HiRadMat facility

An intercomparison of the performances of active neutron detectors was carried out in pulsed neutron fields in the new HiRadMat facility at CERN. Five detectors were employed: four of them (two ionization chambers and two rem counters) are routinely employed in the CERN radiation monitoring system, while the fifth is a novel instrument, called LUPIN, specifically conceived for applications in pulsed neutron fields. The measurements were performed in the stray field generated by a proton beam of very short duration with momentum of 440 GeV/c impinging on a dump. The beam intensity was steadily increased during the experiment by more than three orders of magnitude, with an H*(10) due to neutrons at the detector reference positions varying between a few nSv per burst and a few μSv per burst, whereas the gamma contribution to the total H*(10) was negligible. The aim of the experiment was to evaluate the linearity of the detector response in extreme pulsed conditions as a function of the neutron burst intensity. The results show that the ionization chambers have a quasi-linear response, very close to the ideal behaviour also for values of H*(10) of a few μSv/burst; the LUPIN response shows a slight deviation from the ideal curve when the H*(10) per burst is higher than 100 nSv; the rem counters response are characterized by a strong deviation from the linearity for H*(10) values higher than a few tens of nSv.     

用于核天体物理实验的活性靶时间投影室

发生在中子星壳层内的丰中子熔合反应对中子星演化以及X射线超级爆等现象均会产生影响。受限于放射性束流强度和反应机制的复杂性，实验数据极其缺乏，难以有效约束理论模型。基于活性靶技术的时间投影室(Time Projection Chamber，TPC)将工作气体作为反应靶，具备近4$\pi$立体角接受度和三维径迹重建能力，能够实现对反应事件的全记录，显著提高了探测效率，大幅降低了熔合反应截面测量对束流强度的要求。我们研制了240路信号读出的TPC，并使用放射性束流16N对探测器进行了测试，探索了该实验方法的可行性和有效性。为了得到更加精确的反应产物径迹，对反应事件做出更好的筛选，进一步发展了1 024路信号读出TPC，并开展了12C+12C库仑位垒附近熔合反应截面测量实验，初步实验结果与已有实验数据符合较好。     

利用气泡探测器测量激光快中子

在利用超强激光驱动中子源的研究和应用研究中,中子源的产额及其角分布至关重要.我们在星光Ⅲ号激光装置上采用气泡探测器对强激光驱动的中子源的产额及其角分布进行了测量.利用超强皮秒激光与碳氘薄膜靶相互作用产生高能氘离子束撞击次级碳氘靶,通过氘-氘核反应产生准单能快中子.实验发现中子束的发射具有一定的方向性,在入射氘离子的传输方向上中子束具有更高的强度,测量得到的中子束最大强度为5.13×10⁷ n/sr.利用实验测量的氘离子能谱和角分布对中子束角分布进行了理论计算,结果与实验测量基本一致.     

Correlation of the neutron yield from the plasma focus upon variations in the magnetic field energy of the discharge circuit

The relation between neutron yield Y and magnetic field energy variations ΔW in the discharge circuit has been studied for a Mather-type plasma-focus camera. The activation technique (activation of silver isotopes) has been used to measure the integral yield of DD neutrons from the source. The time dependence of the neutron yield has been recorded by scintillation detectors. For the device used in the investigations, the neutron yield exhibits a linear dependence on variations in the magnetic field energy ΔW in the discharge circuit at the instant of neutron generation. It is also found that this dependence is related to the initial deuteron pressure in the discharge chamber.     

应用量子理论方法研究中子双缝衍射

通过严格求解薛定谔方程得到狭缝中的中子波函数,由基尔霍夫定律得到中子衍射波函数.最后得到中子双缝相对衍射强度与衍射图样位置之间的解析关系.计算所得结果与实验数据符合较好. 关键词： 中子衍射 薛定谔方程 基尔霍夫定律     

基于MCMG-Ⅱ和STEP1.0的输运-燃耗耦合系统架构设计

实现燃耗过程的精细化计算需要开发新型输运-燃耗耦合计算系统,系统中采用了三维多群中子输运蒙特卡罗程序MCMG-Ⅱ和基于回溯算法的多群点燃耗计算程序STEP1.0。燃耗与输运程序之间的耦合需要考虑能谱、总源强、反应率统计、初始核密度及其变化、裂变产物核素等信息。耦合系统采用直译式脚本语言Python来实现,可以充分利用其强大的文本处理功能和直译式的特点,以准确、便捷地将这些数据在程序之间进行自动转换,并根据总功率、辐照时间、步长选择等参数自动完成输运-燃耗耦合的分步计算和结果的图形化处理,从而实现整个系统的无缝连接。在耦合系统的软件架构设计中采用分层与封装策略,降低了开发难度,提高系统的可移植性和可扩展性。耦合系统能够更为精细地考虑几何形状、能谱的变化、辐照时间等因素,自动进行精细化模拟计算。