氘-氚中子源辐照旋转靶剂量演化模拟计算

首次将蒙特卡罗自动建模系统(MCAM)、蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP)及自主研发的活化程序BURNDOT相结合,实现了中子输运、材料活化、光子输运模拟计算的耦合。对14MeV氘-氚(D-T)中子源旋转靶室剂量演化分析,计算了氘-氚中子源辐照旋转靶室的瞬发中子、γ三维辐射剂量场分布及连续辐照8小时后缓发γ剂量变化情况,并考察了材质、栅元、主要核素对缓发γ剂量贡献的影响,得到了旋转靶的剂量时空演化规律,把计算结果与欧洲活化程序FISPACT-2007进行了对比。     

D-T中子源旋转靶活化计算与分析

为实现14 MeV D-T中子源旋转靶活化特性计算与分析,首次采用一种新的技术途径,将自主研发的活化程序BURNDOT与蒙特卡罗自动建模系统MCAM、蒙特卡罗粒子输运程序MCNP相结合,通过中子输运、材料活化、光子输运模拟计算的耦合,考察了材质、栅元、主要活化核素对靶室活化特性的影响。结果表明,约以辐照后68 h为界,材料铜、316不锈钢先后作为旋转靶室活度的主要贡献者,前者其产生的缓发γ剂量因62Cu, 64Cu核素的存在而达到活化剂量最大值,后者因有长半衰期核素55Fe, 57Co, 54Mn等的存在,但其产生的剂量率值低于安全限值10 μSv/h。采用新方法的计算结果与采用欧洲活化程序FISPACT-2007的计算结果符合较好。     

HCSB DEMO 中子通量谱分析及活化片法测量系统概念设计研究

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。     

以中子作外源的假想核弹头主动探测

通过对不同入射能量的中子在假想的核弹头中的输运计算,分析了弹头中的裂变材料芯部的核裂变、各层对中子的吸收和(n,xn)反应以及出壳中子随角度的变化,论证了以外中子源(不随时间变化的外源)对弹头作主动探测的可行性.通过对14 1MeV脉冲中子源和产生的缓发中子在模型中的输运计算,分析了用脉冲外中子源产生的缓发中子探测核弹头的可行性.     

厚靶D（d,n）^3He反应加速器中子源的产额、能谱和角分布

给出一种计算氘钛厚靶D(d,n)3He反应加速器中子源的产额、能谱和角分布的方法,并发展了一个计算机模拟程序,程序能够计算氘束流能量小于1.0 MeV的中子源的产额、能谱和角分布.计算时使用推荐的D(d,n)3He反应截面数据和来自SRIM-2003程序的氘在氘钛靶中的阻止本领数据.给出一些典型计算结果,包括中子积分产额、中子能谱和角分布.     

中国散裂中子源靶站重要部件的辐照损伤计算与分析

本文采用高能粒子输运程序MCNPX 2.5.0,对中国散裂中子源(CSNS)靶站重要部件所使用的钨、SS316不锈钢与Al-6061等材料,由于中子与质子辐照所引起的损伤能量截面与原子离位截面进行了计算,对钨靶体、靶的不锈钢容器、慢化器与反射体的铝容器等部件的辐照损伤量——原子离位次数(displacement per atom,DPA)进行了计算与分析,并给出了质子束斑形状对靶体及靶容器DPA峰值的影响. 这些计算与分析对正在建设的中国散裂中子源靶站的设计及参数选择具有重要的实际意义. 关键词： 中国散裂中子源 损伤能量截面 原子离位截面 DPA     

厚靶低中能9Be(d,xn)反应加速器中子源特性研究

利用PHITS程序评价计算了厚靶9Be(d, xn)反应加速器中子源的能谱和角分布数据，重点讨论了JQMD、INCL和INCL/DWBA三种核反应物理模型计算厚靶9Be(d, xn)反应中子辐射场分布的适用性。研究结果显示，基于INCL/DWBA耦合模型的PHITS程序计算所得到的厚靶9Be(d, xn)反应中子能谱和角分布数据能够较好地与实验数据符合，可以为厚靶9Be(d, xn)反应中子源特性研究及应用提供较为准确的中子辐射场数据。此外，设计了水冷大面积旋转铍靶的方案，并在5~25 MeV/5 mA入射氘能量下条件下，开展了靶面温度模拟研究，结果显示，靶面最高温度可控制在100 oC以下。     

氘氚聚变中子发生器旋转氚靶传热特性研究

强流氘氚中子发生器可用于模拟聚变堆中子环境, 对于开展聚变堆包层材料相关实验研究具有重要意义. 本文提出了一种用于10¹² n·^-1量级氘氚中子发生器HINEG (high intensity neutron generator)的旋转氚靶系统设计方案, 并对其技术难点和强化传热方法进行了介绍. 为考查该氚靶系统的传热特性, 利用Computational Fluid Dynamics方法对冷却水层厚度、冷却水流速和氚靶系统旋转速度对靶面冷却的影响进行了分析, 并对不同热功率密度下靶面的传热过程进行了研究. 结果显示, 大的水层厚度、大的冷却水流速和高的靶系统旋转速度有利于靶面的冷却, 但水层厚度和水流速的变化对靶面传热影响较小. 一定条件下靶面所承受的热功率密度不能超过某个限值.     

D-T中子诱发贫化铀球壳内裂变率分布实验

中子诱发裂变反应率是表征和检验中子在材料中的输运、裂变放能等过程的重要物理量.贫化铀球壳裂变反应率径向分布数据,可为铀核数据宏观检验及研究裂变放能与贫化铀球壳厚度的关系提供数据支持.本文设计了内径为13.1 cm,外径分别为18.10,19.40,23.35,25.40,28.45 cm的五种不同厚度的贫化铀球壳组合装置;利用位于球壳中心的氘氚中子源轰击贫化铀球壳装置,中子产额约为3×10~(10)—4×10~(10)s~(-1);在"赤道"平面与入射氘束成45°方向测量裂变反应率随径向分布的情况.为了克服裂变室和俘获探测器等自身对模型和中子场的扰动,本文选择与装置材料相同的贫化铀材料作为活化探测器,以活化探测器中的裂变碎片143Ce发射的γ射线作为测量对象,通过HPGe探测器测量的γ射线数,基于~(143)Ce裂变产额数据反推裂变反应率.通过实验获得了贫化铀球壳内的裂变率及其径向分布规律,裂变反应率和相对标准不确定度分别位于5.28×10~(-29)—7.58×10~(-28)之间和6%—11%之间.基于蒙特卡罗程序和ENDF/BVI.8数据库完成了模拟计算,并与实验结果进行了对比分析,两者在不确定度范围内一致.     

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用三维蒙特卡罗中子-光子输运程序MCNP和放射性计算程序FDKR,对中国ITER氦冷固态试验包层模块(CH HCSB TBM)进行了初步的三维活化分析。计算结果表明：TBM设计中活化产物的放射性、余热和潜在生物危害因子(BHP)主要来自结构材料;在500MW聚变功率下辐照0.53年,停堆时CH HCSB TBM的总放射性、余热和BHP分别为1.182×1017Bq、2.463×10-2MW和5.651×103km3.kW-1。在计算时,通过自动接口程序,实现了MCNP与FDKR之间的自动连接及数据处理。     

Monte Carlo simulations of a D-T neutron generator shielding for landmine detection

Shielding for a D–T sealed neutron generator has been designed using the MCNP5 Monte Carlo radiation transport code. The neutron generator will be used in field for the detection of explosives, landmines, drugs and other ‘threat’ materials. The optimization of the detection of buried objects was started by studying the signal-to-noise ratio for different geometric conditions.     

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基于中国氦冷固态实验包层模块(CH-HCSB-TBM)的新设计方案,采用蒙特卡罗粒子输运程序MCNP和欧洲活化计算程序FISPACT,对CH-HCSB-TBM进行了三维活化计算分析.计算结果表明,停堆初期TBM总的放射性活度、衰变余热分别为1.78× 1016Bq和3.01kW,主要受结构材料CLF-1影响.同时给出了影响TBM材料活化特性的主要核素及其生成途径,为TBM设计的材料选取和优化提供依据.根据计算的停堆剂量率可知,TBM中的活化材料都能采取远程操作实现再循环利用,可有效防止放射性环境危害问题.     

JMCT与子通道程序耦合方法研究及验证

蒙特卡罗与热工水力的耦合计算是目前反应堆数值模拟的重要研究方向,在蒙特卡罗方法连续能量点截面的基础上结合热工程序的温度反馈,反应堆中子计算的准确性得到大幅提高。为了提高计算精度,堆芯模型分辨率也需进一步提高,相比于组件均匀化模型,pin-by-pin的建模方式能够获得更好的结果。利用蒙特卡罗程序JMCT与子通道程序COBRA-EN实现了蒙特卡罗-热工的内耦合,内耦合方式通过内存进行数据传递,其计算效率及安全性均优于外耦合方法。随后利用NURISP项目迷你堆的pin-by-pin模型对耦合程序进行验证。计算结果与同类耦合程序相似,验证了程序的准确性。同时,对耦合过程的收敛性问题进行了初步分析。     

Assessment of undesirable dose to eye-melanoma patients after proton radiotherapy

Radiotherapy with a proton beam of initial energy 55–80 MeV is presently the clinically recommended therapy for some cases of intraocular melanoma such as large melanomas or tumours adjacent to critical organs. Evaluation and optimization of radiation doses outside the treatment volume may contribute to reducing undesirable side-effects and decreasing the risk of occurrence of secondary cancers, particularly for paediatric patients. In this work the undesired doses to organs were assessed basing on Monte Carlo calculation of secondary radiation transport and on results of measurements of neutron and γ-ray doses at the proton therapy facility of the Institute of Nuclear Physics at Kraków. Dosimetry was performed using a He-3-based FHT 762 neutron monitor (Wendi II), a FH40G proportional counter (for γ-rays), and MTS-7 (LiF:Mg,Ti) thermoluminescence detectors (TLDs). Organ doses were calculated in the ADAM anthropomorphic phantom using the MCNPX Monte Carlo transport code and partly verified, for γ-ray doses, with TLD measurements in the RANDO Anderson anthropomorphic phantom. The effective dose due to undesired radiation, including exposure from scattered radiation during the entire process of proton radiotherapy and patient positioning using X-rays, does not exceed 1 mSv.     

基于VENUS-III国际基准模型的JMCT程序验证

基于自主研制的三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗通用程序JMCT（J Monte Carlo Transport Code）,采用连续点截面,对国际基准屏蔽VENUS-III模型开展精细建模和中子输运临界及屏蔽计算.临界计算得到系统k_eff、重要区域的通量及能谱.结果表明,JMCT和MCNP程序的重要区域体通量计数吻合较好,偏差均在1%以内.深穿透屏蔽计算采用外源模式,点探测器计数,JMCT计算值与实验测量值偏差在15%以内,满足屏蔽设计对误差的要求.初步验证了JMCT程序临界及屏蔽计算的可用性.     

向量裂变谱与矩阵裂变谱对临界计算的影响

用蒙特卡罗方法及可适应多种截面的三维多群P₃中子输运蒙特卡罗程序MCMG,计算比较了不同裂变材料使用向量裂变谱与矩阵裂变谱的计算结果,通过与MCNP程序结果的比较,确信两种裂变谱对计算结果的影响是存在的,但对计算结果不会带来本质影响.同时还比较了不同中子截面库计算结果.     

靶室散射对ICF中子产额用铅活化法测量准确性的影响

 通过用MCNP4B程序计算在铅样品中的来源于靶室散射中子的注量和来源于未经靶室散射的源中子注量，结合由ENDF/B-Vi评价数据库给出的中子铅活化核反应截面，得到了在铅样品周围存在不同屏蔽材料时，神光Ⅱ靶室散射对聚变中子产额用铅活化法测量准确性影响小于1‰的结果。     

中子中子碰撞产生超高能中子问题模拟

ICF的聚变靶丸中,高能中子相互之间发生碰撞将导致超高能中子的产生,推导中子中子碰撞与超高能中子产生的关系,研究利用蒙特卡罗方法确定碰撞后中子速度的方法,通过求解非线性中子输运方程及对DT聚变小球中的中子输运问题进行数值模拟,研究中子与中子碰撞产生超高能中子及其与聚变中子源强的关系问题.