【摘要】：加速器驅動次臨界系統(tǒng)(ADS)具有固有安全性、強大的嬗變能力、好的中子經(jīng)濟性,在嬗變核廢料的同時,還能夠輸出能量,提高核燃料有效利用率,是安全處置乏燃料的最佳技術途徑。中科院近代物理研究所新提出的基于顆粒流的ADS新型靶堆系統(tǒng),中子學研究具有重要意義。ADS新型靶堆系統(tǒng)的中子學設計要求精確、可靠的中子學參數(shù),目前這些中子學關鍵數(shù)據(jù)十分缺少,所以需要專門開展系統(tǒng)的中子學研究。本論文基于中國原子能科學研究院核數(shù)據(jù)國家重點實驗室中子積分實驗平臺,開展了 ADS靶堆耦合系統(tǒng)中碳化硅、石墨、鈾、聚乙烯等關鍵材料的中子學宏觀檢驗基準實驗。為了模擬中子與靶堆耦合系統(tǒng)內(nèi)多層材料之間的相互作用過程,實驗還測量了“鎢-鈾-石墨-聚乙烯”和“鈾-石墨-聚乙烯”兩種集成組合系統(tǒng)的泄露中子能譜。利用蒙特卡羅方法粒子輸運程序MCNP對積分實驗過程進行了模擬,對國際上主要的中子評價數(shù)據(jù)庫CENDL-3.1、ENDF/B-Ⅶ.1、JENDL-4.0、JEFF-3.2、FENDL-3.0 以及 TENDL-2015 等進行了宏觀檢驗,首次對中國CENDL-3.1評價數(shù)據(jù)庫進行了宏觀檢驗。論文工作首次利用飛行時間法分別測量了厚度為20cm的SiC樣品在60°和120°方向以及2cm的SiC樣品在60°方向的泄露中子能譜。對于20cm的SiC樣品在60°方向的泄露中子能譜,在8 MeV以上,CENDL-3.1、JENDL-4.0、FENDL-3.0以及TENDL-2015的計算結果與實驗結果符合得很好,在8 MeV以下,JEFF-3.2的計算結果與實驗結果符合得很好。對于20cm的SiC樣品在120°方向的泄露中子能譜,FENDL-3.0的計算結果與實驗結果在整個1-15 MeV能量區(qū)間能夠很好地符合。對于2cm的SiC樣品,JENDL-4.0、CENDL-3.1以及FENDL-3.0的計算結果與實驗結果在整個1-16 MeV能量區(qū)間能夠很好地符合。石墨樣品的尺寸和測量角度與碳化硅樣品完全相同。對于石墨樣品,CENDL-3.1、JENDL-4.0、FENDL-3.0 以及 TENDL-2015 的計算結果與實驗結果能在整個1-15 MeV能量區(qū)間很好地符合。但在5-7 MeV能量區(qū)間,2cm石墨樣品的計算結果與實驗結果出現(xiàn)了較大地的偏差。FENDL-3.0數(shù)據(jù)庫和TENDL-2015數(shù)據(jù)庫中石墨的數(shù)據(jù)完全一樣。實驗分別測量了厚度為2cm和5cm的鈾樣品在60°方向的泄露中子能譜,對于2cm的鈾樣品,在10 MeV以上,TENDL-2015的計算結果與實驗結果符合得很好,在 1 MeV 以下,ENDF/B-Ⅶ.1、JENDL-4.0 以及 FENDL-3.0 的計算結果與實驗結果符合得很好。對于5cm的鈾樣品,JENDL-4.0的計算結果與實驗結果能在1-16 MeV能量區(qū)間很好地符合。FENDL-3.0數(shù)據(jù)庫和ENDF/B-Ⅶ.1數(shù)據(jù)庫中鈾的數(shù)據(jù)完全相同。首次測量了集成組合系統(tǒng)多層樣品在60°方向的泄露中子能譜。對于集成組合系統(tǒng)“鎢-鈾-石墨-聚乙烯”和“鈾-石墨-聚乙烯”,多層樣品按照“鈾,鎢+鈾,鎢+鈾+石墨,鎢+鈾+石墨+聚乙烯”以及“鈾,鈾+石墨,鈾+石墨+聚乙烯”逐層疊加的方式建立集成組合系統(tǒng)。隨著測量樣品逐層疊加,計算值與實驗值的偏差逐漸減小,比較“鎢+鈾+石墨”樣品與“鎢+鈾+石墨+聚乙烯”樣品的結果可知,在聚乙烯樣品加入后,計算值與實驗值的比值(C/E)已經(jīng)接近于1。從中子能譜上還可以清楚地觀察到中子與多層樣品相互作用后次級中子被慢化和反射到低能區(qū)的過程。本論文完成了 ADS靶堆耦合系統(tǒng)關鍵材料的宏觀基準檢驗,并給出了相應的結論和數(shù)據(jù)庫選擇推薦,為靶堆耦合系統(tǒng)設計的專用關鍵數(shù)據(jù)庫提供了重要基礎核數(shù)據(jù)。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TL50
【圖文】：

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ｎ邋＿逡逑ｕ＼ｕ逡逑圖１．邋５邋Ｇａｍｍａ－３裝置的正面和側面逡逑Ｑｕｉｎｔａ＾是一個５１２千克的天然鈾金屬靶裝置，如圖１．６所示。它由五部分逡逑組成，２－５部分是完全相同的六角鋁容器，每個容器里面放置著６１根由５毫米厚逡逑的鋁殼包裹住的圓柱形天然鈾棒，如圖１．７所示，其直徑為３６毫米，長度為１０４逡逑毫米。而第一部分只有５４根鈾棒，去掉的七根鈾棒留出來一個直徑８０毫米的圓逡逑柱形孔道作為束流的入射窗，如圖１．邋７ａ所示。五個部分之間由５毫米厚的鋁板逡逑隔開，鋁板主要作為結構支撐。除此之外，如圖１．６所示還安裝了六塊探測器平逡逑板，平板被固定在鋁板上，方便根據(jù)需要進行準確地調節(jié)。全部的鈾靶層長度達逡逑到６３８毫米，加上結構材料整個裝置的重量為５３８千克。在這個裝置上，利用幾逡逑個ＧｅＶ的氘束與靶相互作用

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本文編號：2799915