二次中子源在中国实验快堆上应用的初步可行性分析

为满足中国实验快堆(CEFR)物理启动的经济性需要,研究二次中子源替代堆内的~(252)Cf一次中子源的可行性。参照CEFR的相关参数及二次中子源产生中子的原理,设计了二次中子源。用MCNP程序模拟计算了二次中子源组件中~(123)Sb的(n,γ)核反应率和9Be的(γ,n)单核反应率,得出二次中子源组件在不同工况辐照下的源强,分析其在CEFR中应用的可行性。计算结果表明,在大多数工况下,所设计的二次中子源组件能满足CEFR的启动要求。本文所设计的二次中子源及计算结果可为CEFR二次中子源的应用提供参考。     

压水堆二次中子源替代一次中子源的初步可行性分析

在反应堆一次中子源供应存在风险的背景下,为分析压水堆二次中子源替代一次中子源的可行性,计算了二次中子源在运行机组辐照一个循环后的中子源强,并基于某新建CPR1000反应堆首循环堆芯参数及装料顺序,计算装料过程中堆内外各中子探测器的计数率。结果表明,二次中子源在结束辐照后的4个半衰期（约240 d）内用于替代CPR1000反应堆首循环一次中子源可满足技术规范对中子探测器计数率的要求,证明压水堆二次中子源替代一次中子源具有一定可行性。      

启明星1#次临界装置的裂变率分布

启明星1#次临界装置是我国为开展加速器驱动的次临界系统(ADS)研究而建立的国际上第1个具有快-热耦合结构的次临界反应堆实验装置。启明星1#次临界装置在确定的装载下、由不同能量的外中子源作用时,利用MCNP程序分别对装置快中子能谱区、热中子能谱区燃料元件的径向及轴向裂变率分布进行模拟计算,所使用外中子源的中子能量分别为2.5、5、14MeV。计算结果表明:在外中子源源强相同的情况下,源中子能量越高,裂变率越大;在源中子能量相同的情况下,次临界反应堆的轴向裂变率分布为中间高、两端低,径向裂变率分布在快中子能谱区先减小后增大,而热中子能谱区则是先增大后减小,然后,随着接近反射层又逐渐增大。该裂变率分布计算结果为后续实验测量和探测器布置提供了参考。     

反应堆无二次中子源装料和启动

二次中子源在反应堆装料和启动时提供中子,使得源量程获得区别于噪声水平的有效计数,用于反应堆的临界监督。随着反应堆通量的提升,在多普勒点出现时,二次中子源对反应堆通量的影响可以忽略。乏燃料组件中锕系核素的自发裂变能够产生大量中子,低泄露装载模式下堆芯外围燃耗较深的乏组件提供的中子源强,也能够使得源量程获得有效计数。大亚湾核电厂的实践经验表明,取消二次中子源是可行的。取消二次中子源能够显著的降低核电厂的氚排放量,并节省大修关键路径。     

堆芯中子和γ源强计算方法及影响因素研究

中子和γ射线源强是辐射屏蔽设计的基本输入数据,研究堆芯中子和γ射线源强的变化有助于工作人员在维修和换料期间进一步做好辐射防护。论文通过ORIGEN-S调用不同的数据库建立了两种计算反应堆堆芯中子和γ射线源强的方法,对比了计算结果的差异,并分析了燃耗、富集度、比功率、运行方式对计算结果的影响。结果表明:在不同的停堆时间,采用ORIGEN-ARP计算的中子源强略小于采用CARD-IMAGE数据库计算的结果,差值在6%以内;两种方法对不同能群对应的γ射线源强产生的影响不同,且随着停堆时间的延长,影响增大;各因素对堆内中子源强产生了不同的影响,中子源强随燃耗的加深而逐渐增大,随着富集度和比功率的增大而减小,在燃耗相同且运行时间较长的情况下,间歇模式运行产生的中子源强高于连续模式下产生的中子源强40%~50%。     

小型源热中子照相装置准直慢化系统设计

小型中子源中子照相技术具有便携性强,应用范围广的优点,在检测一些较大或难以移动的样品时较固定式(反应堆中子源)中子照相系统具有优势.采用MCNP软件对一小型中子源中子照相装置的热中子准直屏蔽系统进行了理论设计,确定中子慢化体由238U和聚乙烯构成,辅以石墨反射层和硼聚乙烯吸收层,经优化计算,预计成像处热注量率达104 ...     

水中氘成分对锰浴法测定光中子源强度的影响

锰浴法是绝对测定中子源源强比较准确的方法之一,因此它被广泛地用来刻度各种类型的中子源强度。当用天然水锰浴测定某些光中子源(例如~(24)Na-D_2O,~(24)Na-Be源)的强度时,除了要做中子源自吸收、中子洩漏等修正外,还必须考虑水中氘成分(氢中含氘0.015%)的影响。这是因为,这些光中子源γ射线的能量已超过D(γ,n)反应阈能(2.225     

CSNS反角白光中子实验终端本底及中子准直系统模拟计算

散裂中子源可产生白光中子,具有中子注量率高、热功率小、可脉冲化等优点,其应用十分广泛。其中一个重要的应用是核数据测量。目前,中国缺少白光中子源,因此一直没有开展基于白光中子源的核数据测量工作。目前在建的中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)的反角中子束线,在距散裂靶80 m处的中子强度约为9.25×106n·cm-2·s-1,时间分辨率为0.3%-0.9%,能够较好地用于核数据测量工作。本文介绍了该白光中子束线及实验终端的概况,并重点介绍该实验终端本底计算结果、中子准直系统和束斑参数。通过计算结果得出,CSNS反角白光中子源物理终端具有较低的实验本底和较好的中子束斑,可以开展较高精度的核数据测量工作。     

秦山核电二期工程反应堆中子源设计

介绍了反应堆堆芯中子源的功能,发射中子的原理以及秦山二期工程一次和二次中子源组件的结构和特点.     

核电厂无源启动中子探测器选型与试验研究

为监测核电厂首循环装料、停堆以及启动过程中的堆芯状态,国内外核电厂一般在堆芯引入2个一次中子源组件,但一次中子源均为国外进口,存在进口受限的问题。为解决此问题,研究首循环取消一次中子源组件,采用燃料组件自发裂变产生的中子作为启动用中子源。燃料组件自发裂变产生的中子强度远低于一次中子源。针对以上情况,需在堆外采用更高灵敏度的探测器进行中子注量率的监测。本文在分析各种高灵敏度探测器基本原理的基础上,给出高灵敏度中子探测器的选型建议,并对其性能进行了试验验证,试验结果表明:3He正比计数管即使在γ剂量率大于0.1 Gy/h时,设置合适的甄别电压,也可以有效甄别γ噪声,试验验证的最大γ剂量率为1.0 Gy/h。      

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200 μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10¹¹ s^-1;拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10¹³ Bq。     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源,其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础,为其提供粒子能量、流强等参数需求分析,并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序,通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究,提出能量2.5 MeV质子轰击100～200μm锂靶的设计,并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下,源强可达9.74×10~(11) s~(-1);拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源,在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10~(13) Bq。     

氚靶片核素组成对氘氚中子源强的影响

氘氚中子源通过氘离子束轰击氚靶片引发氘氚聚变反应,产生14.1 MeV高能中子。高能中子调控后亦可产生宽能谱中子场,是先进核能及核技术交叉应用研究的重要实验平台。作为中子源的核心部件,氚靶片由靶片基底和储氚薄膜组成,其中储氚薄膜的核素组成会影响氚原子密度与入射氘离子射程,最终直接关系到中子源强的高低。本文基于MATLAB和SRIM软件建立氘氚中子源强计算模型,对比计算了不同新型储氢金属材料组成的储氚薄膜(TiT_2、MgT_2、Mg_2NiT_4、VT_2、LiBT_4和LaNi_5T_6)和不同氘离子能量对中子源强的影响。计算结果表明,在同等束流条件下,MgT_2的中子源强相比TiT_2可提高30%以上,且制备工艺较为成熟,是氘氚中子源的优秀储氚薄膜材料。     

基于中子首次裂变的MC/S_N耦合输运算法

外源驱动次临界系统是一类广泛存在且重要的核能系统。固有的射线效应和存在空间局部源,使得离散纵标(SN)法难以精确计算该类系统内的中子注量率。虽然蒙特卡罗(MC)方法可有效地模拟局部源问题,但存在计算效率较低的不足。因此,单一的SN方法或MC方法难以兼顾计算精度和效率。为充分发挥两种方法的优点,提出了以中子首次裂变为耦合点的MC/SN耦合算法。首先,采用MC方法模拟源中子在发生裂变反应之前的输运过程,并统计出首次裂变中子源;其次,采用SN方法求解对应于首次裂变中子源的输运方程;最后叠加两种方法计算的中子注量率,得到最终结果。算例表明,该耦合算法可有效地模拟外源驱动次临界系统的中子输运过程。     

裂变-聚变中子源

为适应聚变堆的发展和处理高放废物的需要,提出裂变-聚变中子源的概念,它是采用LiD组件放在高通量反应堆中或中国先进研究堆(CARR)重水区中,通过慢中子与6Li(n,a)反应产生2.739 MeV氚离子,它与LiD中的D发生聚变反应,产生聚变中子;随着LiD中氚的快速积累,14 MeV 中子产生的D反冲粒子流与氚发生聚变反应,增长聚变中子产额,使 14 MeV 中子注量率逐渐升高.当氚浓度接近0.5×1022时,D反冲粒子流与氚的聚变反应率的产额接近于1,聚变中子将成倍的增长,类似于连锁反应,使聚变中子产额达到饱和,即t时刻产生氚,都被用于产生聚变反应,形成裂变-聚变中子源.这时的通量非常高,必须在接近饱和前对设定的通量(如3.5×1014n/cm2·s)下逐步降低反应堆功率,如降低CARR 中子注量率,使其在设定的通量下达到饱和,适应聚变堆中子注量率的需求.论述了裂变-聚变中子源的原理,聚变中子产生率,氚的积累速率和浓度,D反冲粒子流和与氚的聚变反应速率,以及其影响因素.在均匀中子场下(即不考虑中子降抑的情况下)计算了外径180 mm、内径100 mm的LiD管道中聚变中子注量率.     

取消二次中子源后的源量程可用性分析

本工作介绍了大亚湾核电站取消二次中子源的目的及理论计算分析源量程可用性的必要性。研究在缺乏一些重要数据情况下,如何通过数值模拟方法较准确计算出源量程的中子计数率。理论计算方案表明,可通过已有大修装料过程中实际测量所得的源量程中子计数数据,并结合相应的组件燃耗及源强数据来获取近似度因子,并以此校正蒙特卡罗理论计算出的中子通量和中子计数率。通过与实验值进行比较分析,验证了本方法的可行性,并给出与实验较相符的计算结果。     

混合压片型241AmO2-Be中子源物理特性研究

Am-Be中子源是应用广泛的同位素中子源,国际上为其建立了ISO 8529-1推荐标准。为检验该标准的普适性和各种应用的需求,本文以德国PTB实验室ISO源和北京大学核物理与核技术国家重点实验室的国产同类源为例,对源中子从产生到出射的物理过程进行蒙特卡罗模拟和理论计算。综合评述了源的制作和结构差异等因素对源中子能谱、平均能量、1.5 MeV以下中子的份额、源强、源发射4.438 MeVγ射线与中子的强度比和出射中子的各向异性等源自身物理特性的细致影响。     

CFBR-Ⅱ堆自发裂变中子源有效系数计算

为计算CFBR-Ⅱ堆自发裂变中子源的有效强度,建立了有效系数的蒙特卡罗算法。分别抽样模拟自发裂变中子源与本征分布中子源的产生及其在系统内的输运过程,统计二者引起的泄漏中子计数,其比值即为该自发裂变中子源的有效系数。考虑到CFBR-II堆体结构的特殊性,对上下半球分区处理,采用栅元舍弃技巧计算得到堆体各处自发裂变中子源的有效系数,为堆体总的自发裂变中子有效强度计算提供了依据。     

反应堆二次中子源参数计算方法

基于详细的燃耗计算和粒子输运计算,获得二次中子源的源强、能谱和空间分布等关键参数的数值模拟方法。以某商用反应堆的换料实践为例,首先,通过对二次中子源的辐照和衰变过程的模拟,计算出换料时二次中子源棒内~(124)Sb的含量;然后,使用MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)程序及相应的连续能量核反应截面数据,对核反应堆换料结束时的二次中子源实施中子-光子耦合输运模拟,获得相应的二次中子源参数;最后,根据所得中子源参数对某反应堆的堆外探测器响应进行计算,得到了与实测值吻合较好的理论值,验证了该方法的可行性。     

反应堆冷中子源中子物理学计算

用MCNP软件计算反应堆冷中子源,慢化剂室内平均中子注量率为6.69× 1013/cm-2.s-1,波长为0.4 nm和0.6 nm的冷中子增益因子～16和32.冷源慢化剂中正仲氢比例对输出的冷中子能谱有较大影响,而在3K范围内慢化剂温度变化对冷中子能谱的影响很小.计算结果表明,冷中子源性能达到基本设计要求.