【摘要】：加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)(ADS)由加速器提供中高能質(zhì)子,通過(guò)轟擊散裂靶產(chǎn)生散裂中子驅(qū)動(dòng)和維持次臨界反應(yīng)堆系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。次臨界堆芯的固有安全特性和淺層次臨界水平下能量放大的特征使得ADS系統(tǒng)在核廢料嬗變和特殊燃料下產(chǎn)能方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外針對(duì)ADS系統(tǒng)開(kāi)展了廣泛的研究,其中歐洲與中國(guó)的研究已進(jìn)入工程化研究的階段。相比臨界反應(yīng)堆系統(tǒng),次臨界的ADS系統(tǒng)在中子學(xué)特性方面存在著很多特殊性,其中ADS的中子動(dòng)力學(xué)行為因外中子源項(xiàng)的引入和堆芯次臨界特性,使其與臨界狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)行為具有較大的差異,這種差異是ADS系統(tǒng)在啟動(dòng)、運(yùn)行、控制和停堆的方案制訂,瞬態(tài)響應(yīng)特性,關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)等多方面內(nèi)容研究的出發(fā)點(diǎn)。在ADS中子動(dòng)力學(xué)行為的研究中,歐美、日本等國(guó)家開(kāi)發(fā)了多款時(shí)空動(dòng)力學(xué)分析程序用于模擬研究,此外在MUSE、YALINA、VENUS-F、KUCA等ADS零功率裝置上開(kāi)展了豐富的實(shí)驗(yàn)研究。國(guó)內(nèi)近幾年也開(kāi)發(fā)了幾款時(shí)空動(dòng)力學(xué)程序,并建設(shè)了ADS零功率實(shí)驗(yàn)裝置啟明星二號(hào),為進(jìn)一步對(duì)ADS系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的深入研究提供了良好的基礎(chǔ)。本論文研究工作旨在實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):1.建立實(shí)體裝置的時(shí)空動(dòng)力學(xué)模擬研究方法;2.掌握外源驅(qū)動(dòng)次臨界堆芯的中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)特性;3.研究動(dòng)力學(xué)行為對(duì)關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量技術(shù)的影響;4.評(píng)估時(shí)空動(dòng)力學(xué)模擬方法的可靠性。研究工作以中國(guó)科學(xué)院與中國(guó)原子能科學(xué)研究院共建的ADS零功率實(shí)驗(yàn)裝置啟明星二號(hào)中的鉛堆裝置為研究對(duì)象,對(duì)其典型的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了模擬研究和實(shí)驗(yàn)研究。基于西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)的ADS瞬態(tài)分析程序DAISY對(duì)鉛堆裝置進(jìn)行了確定論三維時(shí)空動(dòng)力學(xué)的模擬研究。研究工作通過(guò)分析鉛堆裝置空間能譜特性進(jìn)行區(qū)域劃分,基于精細(xì)堆芯結(jié)構(gòu)使用蒙特卡羅方法制作了較為準(zhǔn)確的群常數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜堆芯裝置的確定論模型的建立。后續(xù)的穩(wěn)態(tài)分析獲得的有效增殖因子、控制體價(jià)值、中子通量空間分布、中子通量能群分布等關(guān)鍵參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果或蒙卡模擬結(jié)果符合較好,說(shuō)明建立的確定論模型可準(zhǔn)確可靠的還原裝置的中子學(xué)特征�；诖_定論模型,對(duì)鉛堆裝置在臨界狀態(tài)和次臨界狀態(tài)下的典型動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了模擬,并結(jié)合模擬結(jié)果對(duì)主要反應(yīng)性測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估。模擬研究掌握了臨界狀態(tài)提棒升功率過(guò)程和落棒降功率過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特性,外源驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)中斷源過(guò)程、Beam-Trip過(guò)程、不同控制體反應(yīng)性引入過(guò)程的時(shí)空動(dòng)力學(xué)特性。除上述特性,還獲得如下重要結(jié)論:1.動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的時(shí)空差異對(duì)周期法測(cè)量反應(yīng)性無(wú)明顯影響,時(shí)空差異將導(dǎo)致落棒法測(cè)量反應(yīng)性價(jià)值時(shí)出現(xiàn)明顯差異。計(jì)數(shù)器2獲得的2號(hào)安全棒價(jià)值偏大近13%,位置1處得到的棒價(jià)值偏大近37%。2.如能準(zhǔn)確的測(cè)量斷源過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)行為,在深層次臨界下,有望得到比實(shí)際反應(yīng)性偏大600pcm左右的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,屬于工程可接受范圍。3.BeamTrip實(shí)驗(yàn)測(cè)量反應(yīng)性的兩種方法中,瞬發(fā)中子衰減常數(shù)法受時(shí)空動(dòng)力學(xué)效應(yīng)影響較難確認(rèn)合適的擬合函數(shù),比值法測(cè)量簡(jiǎn)單且結(jié)果更為精確。同時(shí)給出了比值法取值時(shí)刻選取方法和時(shí)空效應(yīng)引發(fā)的差異,可用于結(jié)果的修正。4.通過(guò)反應(yīng)性引入過(guò)程的時(shí)空動(dòng)力學(xué)響應(yīng)行為,給出了采用改進(jìn)源倍增法測(cè)量反應(yīng)性的修正因子,同時(shí)評(píng)估了改進(jìn)源倍增法在反應(yīng)性監(jiān)測(cè)過(guò)程中的適用性,結(jié)果顯示當(dāng)堆芯有效增殖因子≤0.97時(shí),緩發(fā)中子項(xiàng)影響較小,可用改進(jìn)源倍增法進(jìn)行反應(yīng)性的監(jiān)測(cè)。在啟明星二號(hào)鉛堆裝置上,針對(duì)外源驅(qū)動(dòng)次臨界狀態(tài)下,外源跳出過(guò)程和反應(yīng)性引入過(guò)程開(kāi)展了初步的實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法掌握了有源次臨界狀態(tài)下動(dòng)力學(xué)的響應(yīng)行為。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果得到如下重要結(jié)論:1.跳源實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與模擬結(jié)果符合較好,說(shuō)明確定論方法模擬源效應(yīng)引發(fā)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程的可靠性。2.反應(yīng)性引入實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)行為與模擬結(jié)果呈現(xiàn)一致規(guī)律,說(shuō)明確定論程序可定性的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)行為。但受確定論方法的限制,具體變化幅度和空間特性方面存在著一定的差異。建議后續(xù)在較深次臨界水平下,將外源放置在活性區(qū)中心附近開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究,以進(jìn)一步的準(zhǔn)確性和可靠性評(píng)估。論文建立了可靠的鉛堆裝置確定論分析模型,建模方法可為后續(xù)相關(guān)工作提供參考。通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)研究詳細(xì)的掌握了外源驅(qū)動(dòng)次臨界堆芯的時(shí)空動(dòng)力學(xué)響應(yīng)行為,并對(duì)次臨界裝置反應(yīng)性測(cè)量的幾類主要方法進(jìn)行了評(píng)估,可為后續(xù)的鉛堆實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,ADS設(shè)計(jì)分析工作提供了重要參考數(shù)據(jù)。初步評(píng)估了確定論程序和方法的可靠性,對(duì)Ci ADS的工程階段的核設(shè)計(jì)工作提供了支持。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL38
【圖文】：

第 2 章 啟明星二號(hào)鉛堆裝置的確定論模型第2章 啟明星二號(hào)鉛堆裝置的確定論模型總結(jié)啟明星一號(hào)次臨界實(shí)驗(yàn)裝置的不足，結(jié)合中國(guó) AD科學(xué)院 A 類先導(dǎo)專項(xiàng)“未來(lái)先進(jìn)核裂變能—ADS 嬗變系院與中國(guó)原子能研究院?jiǎn)?dòng)了二期零功率裝置“啟明星置具有如下特色：（1）可在臨界模式和次臨界模式下運(yùn)應(yīng)性價(jià)值等堆芯參數(shù)的確認(rèn)提供多種實(shí)驗(yàn)途徑；（2）中心，為靶堆耦合效應(yīng)、靶區(qū)材料價(jià)值的研究提供了較大空分別設(shè)置了熱譜特征的水堆和快熱耦合特征的鉛堆，為驗(yàn)方法研究、物理特性研究提供了豐富的平臺(tái)。

明星二號(hào)鉛堆裝置介紹明星二號(hào)鉛堆裝置為快熱耦合的臨界裝置[99,100 ,101]，其俯視圖和和圖 2.3。堆芯燃料棒采用環(huán)狀同心圓布置，按照燃料與活性區(qū)分為三個(gè)燃料區(qū)：燃料區(qū) I，采用富集度為 90%的金屬鈾為燃料體，占據(jù)最內(nèi)層 4 圈位置，提供 101 個(gè)棒位布置燃料；燃料區(qū) II 20%的粉末狀 U3O8為燃料，鉛為活性區(qū)基體，在第 5 圈至第 1個(gè)棒位；燃料區(qū) III，采用富集度為 20%的粉末狀 U3O8為燃料，基體在最外側(cè)三圈提供 380 個(gè)燃料棒位。燃料區(qū) I 和燃料區(qū) II 具區(qū) III 具有熱譜特征，受中子自由程的限制，燃料區(qū) III 中的熱過(guò)程中對(duì)燃料區(qū) I 的能譜擾動(dòng)較小，保證了燃料區(qū) I 中的快譜特可在滿足臨界和次臨界布料需求的同時(shí)，堆芯范圍內(nèi)探測(cè)器和樣更加靈活，可滿足中子學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究的需求。

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7 王t

本文編號(hào)：2731191