發(fā)布時間：2020-09-18 14:15

　　 先進核能系統(tǒng)研究的快速發(fā)展對核安全提出了更高的要求,同時堆內(nèi)核測量技術(shù)面臨更大的挑戰(zhàn)。中子能譜是反應(yīng)堆研究的核心參數(shù)之一,發(fā)展堆芯中子能譜的在線測量技術(shù)對提高核能系統(tǒng)安全有著重要意義�，F(xiàn)有反應(yīng)堆堆芯的中子能譜主要采用離線活化法測量。在線能譜測量技術(shù)尚不完善,如3He、6Li夾心譜儀等測量技術(shù)存在抗輻照能力差,探測能量范圍有限或精度不滿足要求等缺點。發(fā)展高精度、寬量程的堆芯中子能譜在線測量技術(shù)已成為先進核能系統(tǒng)測控研究的重要發(fā)展方向。本論文通過借鑒多球譜儀的中子能譜測量原理,結(jié)合能夠在堆芯內(nèi)長期使用的電離室探測器,提出了一種新的堆芯中子能譜測量方法,即多閾值電離室的中子能譜在線測量方法。主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點包括:(1)多閾值電離室能譜測量方法的蒙卡模擬研究。研究選用堆內(nèi)使用成熟的具有不同閾值的電離室探測器(235U裂變電離室、238U裂變電離室、包鎘NatB電離室),結(jié)合“少道解譜”原理,利用解譜軟件對中子計數(shù)率信息進行反演得到待測中子能譜。并分別利用參考中子能譜(IAEA318號報告中的純裂變譜和鉛冷快堆譜)和中國鉛冷快堆(CLEAR)能譜對所提出方法進行了可行性驗證。驗證時,首先利用蒙卡軟件SuperMC進行建模并計算,獲得了探測器的響應(yīng)函數(shù);并利用SuperMC計算探測器在參考譜中子場中的計數(shù)率,通過解譜軟件,結(jié)合探測器計數(shù)率和響應(yīng)函數(shù)信息反演中子能譜,反演譜和參考譜在大多數(shù)能區(qū)吻合;再通過SuperMC模擬探測器在CLEAR堆運行情況下的探測器計數(shù)率,且研究了3個不同位置的中子能譜情況,計算結(jié)果表明,反演譜和初始譜在大多數(shù)能區(qū)內(nèi)吻合。參考譜和參考堆的模擬驗證計算結(jié)果表明,提出的中子能譜在線測量方法具備理論上的可行性。(2)雙功能鋰鉛氚增殖包層(DFLL-TBM)模型中子學(xué)實驗數(shù)據(jù)分析。DFLL-TBM中子學(xué)實驗是中國科學(xué)院核能安全技術(shù)研究所為驗證DFLL-TBM模塊中子學(xué)性能開展的實驗。本研究完成了該實驗活化片反應(yīng)率的數(shù)據(jù)分析工作。同時,利用該實驗數(shù)據(jù),研究實驗中3個不同位置布置的3組活化片計數(shù)率,采用本研究開發(fā)的中子能譜在線測量方法對活化片的計數(shù)率信息進行中子能譜解譜分析并與蒙卡計算軟件SuperMC的模擬計算結(jié)果進行比對。結(jié)果表明,通過活化片計數(shù)率信息解出的中子能譜與計算譜吻合度優(yōu)于現(xiàn)有成熟解譜軟件的反演結(jié)果。最后,對該方法的敏感性、不確定度進行了分析。綜上所述,本論文發(fā)展了一種多閾值電離室的中子能譜在線測量方法,該方法具備反應(yīng)堆堆芯中子能譜在線測量的應(yīng)用潛力。研究通過數(shù)值計算和實驗數(shù)據(jù)分析相互驗證了該中子能譜測量方法的可行性與準確性,具備進一步應(yīng)用開發(fā)的潛力。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TL351.1
【部分圖文】：

中子能譜是單位能量間隔的中子數(shù)目（或中子通量密度）隨中子能布。反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生的各種核過程，如堆內(nèi)材料對中子的吸收、裂變中子的泄漏均與中子能譜有關(guān)，堆內(nèi)增殖率、嬗變率、反應(yīng)性等與切相關(guān)。準確測量堆內(nèi)中子能譜對研究中子屏蔽，材料抗輻照性能；能系統(tǒng)的安全控制具有重要的意義。然而，由于反應(yīng)堆內(nèi)中子能譜其測量環(huán)境的惡劣性［２＇精確地測量堆芯中子能譜一直是難以解而中子能譜在線測量更是難以實現(xiàn)ｔ２８ｎ２９］。堆內(nèi)能譜特征和測量環(huán)境：逡逑１）堆芯中能譜特征逡逑不同反應(yīng)堆采用的冷卻方式、結(jié)構(gòu)形式、核燃料和結(jié)構(gòu)材料差異很內(nèi)的中子能譜差異也很大ｆｗ。例如，裂變反應(yīng)堆中的中子能量覆蓋從幾電子伏特到幾兆電子伏特；而氘氚聚變反應(yīng)裝置的中子能量主ＭｅＶ［３＿２］；用于次臨界驅(qū)動的散裂中子源能量更是可高達幾百ＭｅＶ［種情況的典型中子能譜如圖１－１所示。逡逑

國內(nèi)外對堆內(nèi)中子能譜測量開展了很多工作，主要利用活化片和３Ｈｅ逡逑譜儀進行堆內(nèi)能譜測量。例如，２０１３年，中國原子能科學(xué)研宄院利用活化片法逡逑在中國實驗快堆上開展了中子能譜測量實驗［４°］邋［５９］，活化片布置如圖１－２所示，逡逑但該方法需要較長測量時間且不能實現(xiàn)在線測量。２０１４年，中國工程物理研宄逡逑院分別利用加鎘套、加硼套和裸的２３９Ｐｕ裂變室分段測量快中子臨界裝置的中子逡逑能譜，并利用活化法測量堆芯中子能譜［６0］，但該方法只能測３個能區(qū)的相對中逡逑子份額，無法實現(xiàn)全能區(qū)能譜測量。逡逑？：：ｗ邋ｈ逡逑＼Ｖ－逡逑－ｌ—逡逑圖１－２活化片法測量中國實驗快堆中子能譜示意圖逡逑２００２年，法國原子能科學(xué)研宄院嘗試利用３Ｈｅ正比計數(shù)管對ＭＡＳＵＲＣＡ逡逑反應(yīng)堆的中子能譜進行實施測量，但部分能量區(qū)段符合的不好，如圖１－３所示，逡逑且該測量方法容易受到Ｙ射線的干擾，測量系統(tǒng)比較復(fù)雜［６１］。２００９年，俄羅斯逡逑Ｋｕｒｃｈａｔｏｖ研宄院在ＷＥＲ堆型的零功率研宄堆ＬＲ－０上采用液閃來測量了堆芯逡逑幾個典型位置０．５ＭｅＶ以上的快中子能譜，并利用３Ｈｅ邋（ｎ，ｐ）實時測量了堆逡逑內(nèi)中子能譜

得益于微型電離室技術(shù)【６７］的發(fā)展，堆內(nèi)中子通量密度在線測量技術(shù)逡逑取得了較好發(fā)展。如，２００６年，ＳａｍｕｅｌＡｎｄｒｉａｍｏｎｊｅ等利用一種基于微型氣體逡逑電離室的多閾值探測器測量了邋ＡＤＳ的中子［６８】，如圖１－４所示，該探測器的腔體逡逑為不銹鋼圓柱體，外徑為３５毫米，內(nèi)徑為３０毫米，高度為３５毫米，底部封閉。逡逑探測器蓋子由不銹鋼制成并帶有六個連接器。探測內(nèi)由２３５Ｕ、１ＱＢ和２３２Ｔｈ等３逡逑個微型氣體（氣體由９８％的Ａｒ和２％的Ｃ４Ｈｉｃ組成）電離室組成。該探測器適逡逑用于測量能量范圍寬的中子通量密度。Ｊ．邋Ｐａｎｃｉｎ等于２００８年在研究堆逡逑（ＴＲＩＧＡ）中對該類探測器的性能開展了進一步實驗測試［６９］，結(jié)果表明該探測逡逑器具有較好的輻照性能、抗高溫能力和Ｙ甄別能力，特別適合于ＡＤＳ的中子測逡逑量。逡逑５逡逑

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本文編號：2821761