基于β粒子源的空腔式粉尘传感器研究

为实现管道烟尘浓度的连续实时测量,设计了一种基于β粒子源的无动力粉尘传感器。传感器基于平板型空腔结构,采用流体力学模拟软件ANSYS fluent 15.0对传感器内部流场进行研究,以优化设计传感器进气口特征、源面积、源-收集极间距等结构参数,并在静态无风和风洞环境下对传感器相关参数进行验证。在风洞内,温度为30～33℃,含湿量为1%～2%,风速为(9.7±0.2) m/s条件下,研究传感器响应与粉尘浓度之间的关系。结果显示,从34℃变化至233℃时,传感器响应变化约50%;含湿量从6.52%增加到10.65%时,传感器响应变化约30%;在风洞内较低湿度和较低温度条件下,滤膜采样浓度为13.5、26.8、33.6、47.5、63.3 mg·m~(-3)时,传感器示值对应为16.6、30.4、38.1、45.3、53.2 mg·m~(-3)。研究证实了基于β粒子源的传感器用于粉尘测量的可行性,实验获得了环境温湿度条件变化与β粒子源的无动力粉尘传感器响应值的初步关系,但对于温湿度变化引起粉尘浓度测量偏差需进一步研究。     

基于Potential-driving模型的中子诱发~(239)Pu裂变产物计算与模拟研究

当前新型核能利用系统及核数据评价的发展对快中子诱发~(239)Pu裂变核数据提出了更高的精度需求。本工作基于已提出并构建的Potential-driving模型,通过中子诱发~(239)Pu(n,f)裂变驱动势研究,计算了几个典型能量中子诱发~(239)Pu(n,f)反应发射中子前裂变碎片质量分布,并与实验数据进行了对比。结果显示:Potential-driving模型计算数据能够很好地与实验数据符合。将Potential-driving模型植入GEANT4程序,开展了快中子诱发~(239)Pu(n,f)反应相关的模拟研究,给出了14 Me V中子诱发~(239)Pu(n,f)反应的裂变碎片独立产额质量分布和电荷分布、累积产额质量分布和电荷分布、动能分布、裂变中子能谱以及~(239)Pu(n,f)反应裂变碎片平均总动能随入射中子能量的变化等数据,并与GEANT4程序原有的参数化裂变模型(G4Para Fission Model)模拟结果、ENDF/B-VII.1库评价数据以及实验数据进行了比较。结果显示:所发展的Potential-driving模型能很好地预测快中子诱发~(239)Pu(n,f)反应裂变产物数据,为快中子诱发~(239)Pu(n,f)反应裂变产物核数据的研究提供了一种更可靠的计算方法。     

D+离子束和自成型钛靶的作用特性研究

利用ZF-300 keV中子发生器,采用伴随粒子法研究D+离子束和自成型钛靶的中子产额随束流轰击时间的变化特性;利用X射线衍射分析和扫描电镜分别研究束流对靶物相结构和表面形貌的影响。结果表明,随D+离子束的轰击和注入,中子产额随轰击时间的变化逐渐变大,中子产额达到最大值后又随轰击时间的变化逐渐变小;束流轰击前后靶表面无熔坑出现,随D+离子束流的增大,靶表面的条纹状痕迹逐渐消失;D+离子束的轰击未改变自成型钛靶的物相结构。基于离子与固体相互作用的数值模拟,分析讨论了D+离子束和自成型钛靶的作用机制。     

紧凑型D-D中子发生器控制系统设计与实现

紧凑型D-D中子发生器为工业物料中子活化分析提供稳定可靠快中子源,其控制系统需要实现对加速器现场多设备远程参数调节和状态监测,保证中子发生器持续稳定运行,采用PC机加智能仪器构成的分布式结构,设计开发了一套基于Lab VIEW的综合控制系统,将My SQL数据库接入控制系统,实现中子发生器各设备主要运行参数的保存与查询。系统测试稳定,并成功应用于该中子发生器的调试和实验中。     

兰州大学的中子发生器研制及应用展望

1988年兰州大学成功研制了3×10¹² s^-1的ZF-300强流中子发生器,主要用于核数据测量、材料辐照损伤等研究。为进一步开展活化法中子核数据测量、裂变物理等研究,兰州大学启动了基于倍压加速器的ZF-400强流中子发生器研制工程,该中子发生器的设计指标为D束流能量400 keV、D束流强度大于30 mA、D-D中子产额大于5×10¹⁰ s^-1,D-T中子产额大于5×10¹² s^-1。在裂变物理研究方面,已成功发展了描述裂变核断点裂变势的势驱动模型（potential-driving model）,并开展了中子诱发典型锕系核素裂变发射中子前裂变产物的质量分布计算研究;将potential-driving model植入Geant4程序,发展了用于裂变发射中子后裂变产物质量分布、动能分布、裂变中子能谱等模拟的蒙特卡罗方法,并开展了可靠性评估研究;研制了一套用于裂变产物实验测量的双屏栅电离室（TFGIC）,并完成了初步实验测试。在中子应用技术方面,为满足小型化中子应用技术系统的研发需求,兰州大学成功研制了长度984 mm、直径234 mm的紧凑型中子发生器,通过在引出加速电极和靶之间加电阻的方式产生偏置电场,实现对靶上二次电子的抑制。在自注入靶条件和150 keV氘束流能量下,D-D中子产额可大于5×10⁸ s^-1,该中子发生器已具备产生D-T中子产额大于10¹⁰ s^-1量级的潜力。完成了基于紧凑型D-T中子发生器的快中子准直屏蔽体的设计,并研发了基于微通道板的快中子成像探测器,初步D-T快中成像测试显示,图像空间分辨率约为500 μm。开展了基于紧凑型D-D中子发生器的核燃料棒²³⁵U富集度及均匀性检测系统研发,仿真研究表明,在D-D中子产额5×10⁸ s^-1条件下,对核燃料棒中10%范围内的²³⁵U富集度相对变化的检测置信度可达到99%。     

14MeV中子治癌机中治疗头屏蔽体的优化设计

应兰州大学１４ＭｅＶ中子治癌机中治疗头屏蔽体的设计需要,利用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法（ＭＣＮＰ）模拟计算了一个复合屏蔽的（采用１００ｃｍ源皮距下,国际上一般脸用１００－１２０ｃｍ）中子输运过程,计算了１４ＭｅＶ快中子源在复合屏蔽的不同组合时的透射剂量率,优化设计了最经济实用的屏蔽体的方案,为治疗头的屏蔽设计提供了可靠的科学依据。     

CENDL库中Fe、W评价数据的改进对屏蔽积分实验计算结果的影响

利用中国原子能科学研究院核数据重点实验室中子积分实验装置,分别完成了氘氚中子与不同尺寸Fe、W样品作用的泄漏中子飞行时间谱实验测量。利用MCNP 4C程序开展了泄漏中子飞行时间谱的模拟计算,Fe和W的评价数据分别采用CENDL 32库及CENDL 31库的数据,并将两数据库模拟结果与实验结果进行对比分析,重点分析了CENDL 32库中Fe和W的数据的改进与不足。结果表明：对Fe中子评价数据,CENDL 32库在弹性散射能区、连续能级非弹性散射能区及分立能级非弹性散射能区,模拟结果均与实验结果符合较好,较CENDL 31库有明显改善;对W中子评价数据,CENDL 32库在非弹性散射能区的模拟结果与实验结果符合较好,较CENDL 31库有明显改善,但在弹性散射能区模拟结果高于实验结果,在(n,2n)反应能区模拟结果低于实验结果。CENDL 32库关于天然W的中子评价数据有待进一步改善。     

T(d,n)4He反应快中子屏蔽体优化设计的蒙特卡罗模拟

在考虑T（d,n）^4He（D-T）反应快中子源能谱、角分布、面源结构及靶系统对中子的作用的基础上,利用MCNP程序模拟了（D-T）反应快中子在屏蔽材料中子的输运。通过屏蔽体外泄漏中子及γ射线的注量率、能谱及在水中的吸收剂量的分析,给出了满足T（d,n）^4He反应中子源快中子治疗屏蔽体的三种复合屏蔽方案。     

厚靶T(d,n)4He反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布

本文给出一种氚钛厚靶氘氚反应加速器中子源的中子产额、能谱和角分布的计算方法,并开发了相应的计算模拟程序。用自行开发的计算程序计算了入射氘束流能量低于1.0MeV时加速器中子源的中子产额、能谱和角分布,给出了氚钛厚靶的一些典型计算结果,并对结果的可靠性进行分析。