根據(jù)聚變-裂變混合能源堆包層的概念設(shè)計(jì),其包層的核燃料可采用釷或天然鈾�；旌隙押Q或天然鈾包層的物理設(shè)計(jì)的可行性,主要取決于采用的模擬計(jì)算方法及核數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性。天然釷只有一種同位素232Th,其通過中子俘獲反應(yīng)后經(jīng)兩級(jí)衰變可轉(zhuǎn)換為易裂變的233U,生成的233U參與裂變,形成釷鈾循環(huán)。增殖233U與釷的中子增殖反應(yīng)相關(guān),232Th裂變反應(yīng)率和(n,2n)反應(yīng)率是反映釷鈾循環(huán)物理設(shè)計(jì)中裂變和中子增殖情況的重要參數(shù),相關(guān)反應(yīng)截面數(shù)據(jù)的可靠性需要通過中子學(xué)積分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。天然鈾分解模擬裝置是目前最符合混合堆包層物理設(shè)計(jì)的模擬裝置,而反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)中的多種重要參數(shù)對(duì)238U俘獲率非常敏感,因此在該裝置中開展238U俘獲率實(shí)驗(yàn)對(duì)混合堆包層物理設(shè)計(jì)十分重要。 為了校驗(yàn)中子與釷鈾核素相關(guān)反應(yīng)截面評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性,采用中子活化法,利用D-T中子源開展相應(yīng)中子學(xué)積分實(shí)驗(yàn)。針對(duì)釷的裂變反應(yīng)和(n.2n)反應(yīng),建立了基于貧鈾球殼的釷樣品裝置和氧化釷/貧鈾圓餅組合裝置,測量了裝置中的232Th(n, f)反應(yīng)率和232Th(n,2n)反應(yīng)率；針對(duì)238U俘獲反應(yīng),測量了天然鈾分解模擬裝置部分孔道中的238U俘獲率分布。采用基于蒙特卡羅方法的MCNP5程序在常用數(shù)據(jù)庫下對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬計(jì)算,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。 采用測量釷裂變產(chǎn)物85mKr特征Y射線的方法研究了釷裂變反應(yīng)率。通過HPGe探測器測量已活化釷樣品中232Th裂變碎片85mKr發(fā)射的151.16keV特征γ射線計(jì)數(shù),結(jié)合不同能區(qū)下釷裂變成85mKr的產(chǎn)額數(shù)據(jù)和釷樣品上計(jì)算的中子能譜,在刻度探測效率及測定氧化釷樣品的自吸收修正因子后,獲取裝置上釷裂變率分布,實(shí)驗(yàn)不確定度為5.3%-5.6%。利用MCNP5程序及ENDF/B-Ⅵ.6和ENDF/B-Ⅶ.0庫進(jìn)行了模擬計(jì)算,在基于貧鈾球殼的釷樣品裝置、三塊釷餅裝置、貧鈾餅+二塊釷餅裝置以及貧鈾餅+三塊釷餅的裝置等四個(gè)裝置中,釷的裂變反應(yīng)率在ENDF/B-Ⅶ.0下計(jì)算結(jié)果比ENDF/B-Ⅵ.6計(jì)算結(jié)果平均分別高約2.5%、2.9%、2.1%、1.8%,表明不同評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫在232Th(n,f反應(yīng)截面評(píng)價(jià)上存在差異。ENDF/B-Ⅶ.0庫計(jì)算結(jié)果/實(shí)驗(yàn)結(jié)果(C/E)隨著中子能譜變“軟”而減小,四套裝置中的C/E值平均分別為0.98、0.88、0.79、0.78。 采用測量231Th發(fā)射的84.2keV特征γ射線的方法研究了232Th(n,2n)反應(yīng)率。通過HPGe探測器測量已活化釷樣品中231Th衰變成231Pa發(fā)射的84.2keV特征γ射線計(jì)數(shù),經(jīng)HPGe探測器對(duì)該能量γ射線的探測效率刻度及釷樣品的自吸收修正因子測定,獲取相應(yīng)裝置上(n2n)反應(yīng)率,實(shí)驗(yàn)不確定度為6.7%-6.9%。四個(gè)裝置中,ENDF/B-Ⅶ.0下計(jì)算結(jié)果比ENDF/B-Ⅵ.6平均分別高約9.8%、9.6%、9.6%、9.7%,表明不同評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫在232Th(n,2n)反應(yīng)截面評(píng)價(jià)上差異較大。ENDF/B-Ⅶ.0庫計(jì)算結(jié)果/實(shí)驗(yàn)結(jié)果(C/E)平均分別為1.08、0.96、0.95、0.89。 采用圓環(huán)形天然鈾箔片測量了天然鈾分解模擬裝置上的23。U(n,γ)反應(yīng)率。在天然鈾分解模擬裝置上,通過離線測量環(huán)狀天然鈾箔片中發(fā)生238U(n,γ)反應(yīng)后衰變生成的239Np發(fā)射的277.6keV特征γ射線計(jì)數(shù),得到裝置部分孔道中的238U(n,γ)反應(yīng)率分布,實(shí)驗(yàn)不確定度為4.4%-4.5%。采用ENDF/B-Ⅵ.6庫和ENDF/B-Ⅶ.0庫計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比值(C/E)平均分別為0.910和0.925。通過對(duì)靶點(diǎn)漂移給計(jì)算結(jié)果造成的影響進(jìn)行分析,認(rèn)為該因素可忽略。對(duì)活化片上的中子能譜分析可知,活化片上共振區(qū)的中子份額較大,這可能是造成實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值偏差較大的主要原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為校驗(yàn)次臨界能源堆包層概念設(shè)計(jì)中238U俘獲反應(yīng)率的計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：TL81
【部分圖文】：

圖1.1社裂變反應(yīng)截面評(píng)價(jià)情況從圖1.1可知，社裂變截面的評(píng)價(jià)情況在低能區(qū)雖然非常低，但是各主流數(shù)據(jù)庫之間的評(píng)價(jià)值差異很大，必須在一些基準(zhǔn)裝置或模擬裝置上開展相應(yīng)的中子學(xué)積分實(shí)驗(yàn)，為社裂變截面的再評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。1.2.2 232Th(n^2n)反應(yīng)1956年，J.A.Phmip等人12?！I量了 mXh的(n^2n)反應(yīng)在14MeV能量下的反應(yīng)截面，測量方法為中子活化分析法。對(duì)生成的23iTh衰變產(chǎn)生的低能特征射線，使用填充Kr的正比計(jì)數(shù)管進(jìn)行了測量，測量的特征Y射線能量為25.6keV。1958年，J.A.Phillip等人[28]又對(duì)235u的裂變中子與社片相互作用的平均截面進(jìn)行了研究

1.2.3次臨界能源堆概念設(shè)計(jì)中的"n；中子積分實(shí)驗(yàn)對(duì)于238U的研宄開展很早，對(duì)其微觀截面的測量和宏觀檢驗(yàn)等方面都開展了相關(guān)工作。但是對(duì)于次臨界能源堆，由于尚未有實(shí)際反應(yīng)堆可供運(yùn)行研宄，對(duì)其研究現(xiàn)集中在概念設(shè)計(jì)上，必須對(duì)其物理設(shè)計(jì)中所采用的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行校驗(yàn)。但是針對(duì)聚變-裂變混合能源堆的包層概念設(shè)計(jì)，即利用MMeV中子和相關(guān)238U模擬裝置開展的中子學(xué)積分實(shí)驗(yàn)，目前僅在國內(nèi)幵展了部分相關(guān)工作。1997年，王大倫等人[48]利用14MeV中子測量了(t>600mm貧化鈾球中的造钚率，其通過伴隨a粒子法測量氖氣中子源強(qiáng)度，用HPGe探測器測量23Np發(fā)射的277.8keV特征Y射線峰，并用243Am箱片刻度對(duì)該能量的Y射線探測效率，測得在<|>600tnm貧化鈾球中的造杯率結(jié)果為2.46±0.09，不確定度為3.7%。2010-2014年，本團(tuán)隊(duì)在一維貧鈾球殼以及多種貧鈾與聚乙稀交替系統(tǒng)中開展了一系列宏觀中子學(xué)實(shí)驗(yàn)[49H55]。嚴(yán)小松等人[50]在貧鈾/聚乙稀交替系統(tǒng)中測量了 muov^)反應(yīng)率分布，實(shí)驗(yàn)相對(duì)不確定度為3.5%-3.7%，在常用ENDF/B-VI庫下使用MCNP5程序的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值一般在5%以內(nèi)符合。羊突偉等人153]在具有更簡單中子能譜的貧鈾球殼中測量了 Y)反應(yīng)率的分布，實(shí)驗(yàn)不確定度為3.6%-3.7%，C/E值為0.972-1.034。研宄結(jié)果為檢驗(yàn)次臨界能源

圖3.2氧化社翁鈾圓餅組合裝量結(jié)構(gòu)示意圖3.1.3天然鈾分解模擬裝置根據(jù)次臨界能源堆包層概念設(shè)計(jì)，次臨界堆裂變包層要有一定的能量放大，其由235U、238U和⑶Pu裂變放能提供要求能量產(chǎn)生量足夠多。參考次臨界能源堆物理設(shè)計(jì)
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本文編號(hào)：2869295