發(fā)布時間：2018-05-11 00:38

  本文選題：ADS次臨界系統(tǒng) + 活化法　； 參考：《中國科學院大學(中國科學院近代物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：加速器驅動的次臨界系統(tǒng)(Accelerator Drived sub-critical System,簡寫為ADS)是國際公認的嬗變核廢料的有效手段之一。隨著ADS系統(tǒng)研究的深入,對于裝置系統(tǒng)內中子學的掌握程度提出了更高的要求,為了保證設計計算的可靠性,建立了安全性相對高,容易進行實驗測量的靶堆耦合實驗裝置對于中子學進行綜合測量。由于ADS系統(tǒng)宏觀中子學與反應堆及散裂靶內發(fā)生的各種核過程,如內部材料對中子的吸收、散射以及中子的泄露等等,都密切相關,因此開展靶堆耦合裝置中子學實驗是進行宏觀測量檢驗的重要手段。本論文主要工作是采用離線和在線相結合的方法對靶堆耦合裝置進行實驗研究,重點就如何提高測量中子通量分布的精度及實驗中所涉及的相關問題作了深入調研。首先將活化法在散裂反應實驗中加以應用并優(yōu)化,同時對在線測量中子通量實驗方法進行了深入探討,研制了一套針對零功率反應堆的閃爍體光纖探測器系統(tǒng),并完成其在啟明星1#次臨界裝置上的測試,最終兩種實驗方法都應用到啟明星2#鉛基零功率裝置上。實驗結果均與MCNPX2.7.0的模擬結果進行深入比較,從而對截面數(shù)據(jù)庫及計算模型進行校驗。本文的研究內容及得到的物理結果如下:(1)通過分析250Me V質子束轟擊鉛靶的水浴實驗,獲得整個水浴環(huán)境中的中子通量空間分布,并且推導出散裂反應的有效中子產(chǎn)額為2.23±0.19n/proton,與MCNPX模擬的中子產(chǎn)額2.14±0.01n/proton,誤差在5%以內;通過分析靶材附近放置的Au、In、Mn三種活化片活度,得到了超熱中子能區(qū)的中子能譜分布,并與MCNPX模擬結果對比,分析了能譜測量中自屏蔽效應的影響。(2)完成了反應堆用閃爍體光纖探測器系統(tǒng)的研制,創(chuàng)新采用雙探頭甄別中子信號,在252Cf中子場中進行了系統(tǒng)的測試,最終在啟明星1#次臨界裝置上完成了熱中子通量分布的測量,測量結果與固體核徑跡探測器結果及MCNPX模擬結果均能較好符合,驗證了探測器在反應堆上測量的準確性及可靠性。(3)采用金屬線活化法在鉛基零功率裝置上測量了臨界時堆芯內的空間中子通量分布,通過分析Au線和In線在反應堆照射后的反應率,得到徑向不同燃料孔道內核反應率的軸向分布,并與MCNPX模擬結果對比,校驗數(shù)據(jù)庫的準確性,最終采用同一數(shù)據(jù)庫模擬得到堆芯內中子通量密度的空間分布。(4)利用閃爍體光纖探測器在鉛基零功率裝置上開展了反應堆的時空動態(tài)特性研究。其中,動態(tài)實驗包括反應堆啟動、運行及停堆的動態(tài)監(jiān)督;利用跳源法測量了不同次臨界度下的有效增殖系數(shù),與外推周期法測量結果的相對誤差在1%以內,通過對比不同實驗孔道的測量結果,分析了零功率裝置測量的空間效應;利用脈沖中子源法測量了不同次臨界度下的瞬發(fā)中子衰減常數(shù),并與MCNPX模擬結果對比,分析了探測器測量與模擬之間的相對誤差。同時,通過光纖驅動系統(tǒng),在鉛基零功率裝置上在線測量了不同次臨界條件下的熱中子通量空間分布,并與MCNPX模擬結果對比,驗證了次臨界裝置設計初衷,同時校驗了截面數(shù)據(jù)庫的準確性。實驗結果有助于了解和認識次臨界系統(tǒng)的中子學時空特性,對合理設計、安全運行次臨界系統(tǒng)具有重要的指導意義,也為日后開發(fā)ADS反應性監(jiān)督用的探測系統(tǒng)奠定了實驗基礎。
[Abstract]:The accelerator driven subcritical system (Accelerator Drived sub-critical System, short of ADS) is one of the most effective means for the transmutation of nuclear waste. With the deepening of the research on the ADS system, a higher requirement for the mastery of neutrons in the device system is put forward, and the reliability of the design calculation is ensured and the safety is established. Relatively high, the target reactor coupling experimental device, which is easy to carry out experimental measurements, carries out a comprehensive measurement of neutrons. Because of the various nuclear processes in the ADS system and the various nuclear processes in the reactor and the spallation target, such as the absorption, scattering of the neutrons and the leakage of neutrons in the internal materials, the neutrons of the target reactor coupling device are carried out. The main work of this paper is to study the target reactor coupling device with the method of combining off-line and online. The emphasis is on how to improve the accuracy of the measurement of neutron flux distribution and the related problems involved in the experiment. First, the activation method is used in the spallation reaction. The experiment is applied and optimized. At the same time, the method of measuring the neutron flux on line is discussed. A set of scintillator fiber detector system for zero power reactor is developed, and the test on the 1# sub critical device is completed. Finally, the two experimental methods are applied to the 2# lead based zero power device. The experimental results are all compared with the simulation results of MCNPX2.7.0, so that the cross section database and the calculation model are checked. The contents and physical results of this paper are as follows: (1) the spatial distribution of the neutron flux in the whole water bath environment is obtained by analyzing the water bath experiments of the 250Me V proton beam bombarding lead targets, and the dispersion of the neutron flux is derived. The effective neutron yield of the cracking reaction is 2.23 + 0.19n/proton, the neutron yield is 2.14 + 0.01n/proton with the MCNPX simulation, and the error is within 5%. The neutron energy spectrum distribution in the ultra hot neutron energy region is obtained by analyzing the activity of Au, In, Mn, which is placed near the target, and compared with the simulation results of MCNPX, and the self shielding effect in the spectrum measurement is analyzed. 2. (2) complete the development of the reactor scintillator fiber detector system, innovating the dual probe screening neutron signal, testing the system in the 252Cf neutron field, and finally completing the measurement of the thermal neutron flux distribution on the star 1# sub critical device, the result of the measurement and the result of the solid nuclear track detector and the MCNPX simulation junction. The accuracy and reliability of the detector in the reactor are verified well. (3) the distribution of the space neutron flux in the core is measured on the lead based zero power device by the metal wire activation method. The reaction rate of the Au line and the In line after the irradiation of the reactor is analyzed, and the core reaction rate of the radial different fuel channels is obtained. The axial distribution and the MCNPX simulation results are compared to verify the accuracy of the database. Finally, the spatial distribution of the neutron flux density in the core is obtained by the same database simulation. (4) the study of the space-time dynamic characteristics of the reactor is carried out on the lead based zero power device by the scintillator fiber detector. Dynamic supervision of moving, running and stopping piles; using the jump source method to measure the effective multiplication coefficient under different subcritical degrees, the relative error of the extrapolated periodic method is less than 1%. By comparing the measurement results of different experimental channels, the spatial effect of the zero power device measurement is analyzed, and the different sub criticality is measured by the pulse neutron source method. The instantaneous neutron decay constant is compared with the MCNPX simulation results, and the relative error between the detector measurement and the simulation is analyzed. At the same time, the spatial distribution of the thermal neutron flux under different subcritical conditions is measured on the lead based zero power device by the optical fiber drive system, and compared with the MCNPX simulation results, the subcritical loading is verified. At the same time, the accuracy of the cross section database is verified. The experimental results are helpful to understand and understand the space-time characteristics of the subcritical system. It is of great guiding significance for the rational design and safe operation of the subcritical system. It also lays the foundation for the development of the detection system for ADS reactivity monitoring in the future.

【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院近代物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TL81

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