不等温分布下燃料棒径向温度相关~(238)U共振吸收截面计算

为精确预测燃料棒径向不等温分布下的~(238)U共振吸收截面,提出了一种基于求解超细群慢化方程的共振计算方法。该方法通过温度扰动模型,将径向不等温分布对燃料棒能谱的影响分解为每个径向子区对燃料棒能谱的独立影响,从而实现了对不等温分布下的径向相关共振吸收截面的预测。数值结果表明,以MCNP5统计结果为基准,温度扰动模型对~(238)U共振吸收截面的计算精度相比于传统的均匀碰撞概率超细群方法更高,共振吸收截面的相对偏差在2%以下。温度扰动模型适合进行不等温分布下燃料棒径向的~(238)U共振吸收截面的精确计算。     

熔盐冷却高温球床堆中Flibe对栅元均匀化群截面的影响

熔盐冷却高温球床堆与高温气冷堆所用冷却剂不同,其中子学性能会影响栅元均匀化群截面。本文基于MCNP5研究Flibe熔盐对²³⁸U、²³⁵U、²³²Th共振能区栅元均匀化群截面的影响,并与高温气冷堆进行对比。结果表明,由于熔盐的引入,²³⁸U、²³⁵U、²³²Th的栅元均匀化群截面在包含较强共振峰的能群会发生明显改变,²³⁸U、²³²Th栅元均匀化吸收群截面增大,²³⁵U栅元均匀化裂变群截面减小。随燃料填充度与熔盐填充度的增加,熔盐对所研究重核素的栅元均匀化群截面的影响增大;燃料运行温度与燃料富集度的变化,对Flibe引入的截面相对变化影响并不明显。计算结果表明,熔盐对栅元均匀化裂变群截面和均匀化吸收群截面的影响具有一定规律性。     

238U/235U裂变截面比与俘获裂变截面比测量分析

在中国实验快堆（CEFR）中直接测量²³⁸U的截面数据较困难且误差较大,但可通过测量其与²³⁵U的截面比值来获取²³⁸U的相关数据。本工作采用活化法测量²³⁸U与²³⁵U的裂变截面比及俘获裂变截面比(即σ⁸_f/σ⁵_f与σ⁸_c/σ⁵_f),获取²³⁸U的截面数据并与MCNP计算结果进行比较。结果表明,CEFR的轴向转换区或反射层位置为最佳增殖区域。     

中子能谱对压水堆慢化剂温度系数的影响分析

在压水堆中,水铀比和²³⁵U富集度是影响中子能谱分布的重要参数。本工作在不同水铀比、²³⁵U富集度下分析两群中子能谱随燃耗的变化。利用中子能谱分布对慢化剂温度系数的变化进行分析,结果表明：在给定²³⁵U富集度条件下,随着水铀比的变化,堆芯存在一慢化剂温度系数绝对值最大值;²³⁵U富集度的增加、燃耗的加深,不一定导致慢化剂温度系数绝对值增大。     

基于特征线法计算的超细群慢化方程求解方法

为实现对复杂几何、复杂能谱组件的精细计算,提出了一种基于特征线的超细群慢化方程求解方法。通过耦合特征线法中的固定源计算,在共振能量范围内建立超细群慢化方程,通过精细能谱获得复杂结构下的共振自屏截面。对典型压水堆栅元问题、带有温度分布的栅元问题、燃料内部存在不均匀性的栅元问题以及板状燃料组件问题进行了计算。结果表明,基于特征线的超细群慢化方程求解方法可精确计算复杂几何、复杂能谱问题,为共振计算提供基准。     

基于特征线法计算的超细群慢化方程求解方法

为实现对复杂几何、复杂能谱组件的精细计算,提出了一种基于特征线的超细群慢化方程求解方法。通过耦合特征线法中的固定源计算,在共振能量范围内建立超细群慢化方程,通过精细能谱获得复杂结构下的共振自屏截面。对典型压水堆栅元问题、带有温度分布的栅元问题、燃料内部存在不均匀性的栅元问题以及板状燃料组件问题进行了计算。结果表明,基于特征线的超细群慢化方程求解方法可精确计算复杂几何、复杂能谱问题,为共振计算提供基准。     

堆后铀产品中232U测定方法研究

²³²U是燃料元件制造中需严格控制的铀同位素,为此,需建立一种准确的测量方法。本工作建立了一种α谱仪和质谱法相结合测定铀产品中²³²U含量的新方法。采用质谱法测量²³⁴U、²³⁵U、²³⁶U与²³⁸U的同位素丰度比,α谱仪测量²³²U的活度和²³⁴U、²³⁵U、²³⁶U、²³⁸U的总活度,即可计算出铀产品中²³²U的浓度。对于²³²U含量为1.118 ng/g的样品,16次测定数据的相对标准偏差为3.43%,证明该测量方法有效,可应用于实际样品的分析测定。     

中国实验快堆中的238U裂变反应率测量实验研究

由于²³⁸U裂变反应率在中国实验快堆(CEFR)中是一非常关键的指标参数,因此,在CEFR的首次物理启动工作中对其进行了实验测量。在实验过程中,利用高贫化的UO₂（²³⁵U-0.002%）直接进行了²³⁸U裂变反应率的绝对测量;利用国产贫铀片（²³⁵U-0.335%）、高浓铀片（²³⁵U-90%）组合方式间接进行了²³⁸U裂变反应率的测量。给出两种方法与理论值的对比和轴向及径向的相对分布。本实验为²³⁸U裂变反应率测量提出一新的选择方案,并验证了其可靠性。     

液态熔盐热堆燃料管理方法研究与分析

为研究液态熔盐热堆的燃料管理性能,需解决复杂堆芯结构的均匀化、燃料的混合及在线后处理3个问题。本文基于确定论程序DRAGON5与DONJON5,开发了液态熔盐热堆的燃料管理程序LMSR,并进行了验证。使用LMSR对液态熔盐热堆进行计算与分析,结果显示使用²³⁵U与²³⁸U启堆,加入燃料为²³²Th与²³³U条件下,后处理提取重金属的效率至少需要90%。此外,为维持堆芯有效增殖因数在1.0～1.005之间,加入的燃料中²³³U平均等效质量富集度在40%附近。     

地球中微子能谱计算及初步高阶修正

地球中微子是目前实验测量放射性生热及探索地球内部结构最好的媒介之一,而能谱是其通量预测及本底分析的前提条件。通过计算²³⁸U和²³²Th衰变链中分别对应的113和83个β衰变谱并归一化叠加,得到了这两种同位素的地球中微子能谱,较目前常用的能谱使用了更多的衰变道信息。为提高能谱的精度,对能谱加入了形状、辐射、弱磁共4项高阶修正,修正量最大达8.5%,经过修正的能谱可用于地球中微子的精确预测及分析。     

基于经典微扰理论的特征值灵敏度和不确定度分析

核数据不确定度作为组件/栅元计算不确定度的重要来源,备受重视和研究。本文采用经典微扰理论,推导输运计算中keff对于核数据的灵敏度系数和不确定度的计算方法。基于ENDF/B-Ⅶ.1制作多群协方差数据库,并根据所采用的组件输运求解程序的截面模型对分反应道协方差矩阵进行归并。开发灵敏度和不确定度分析程序COLEUS,对传统压水堆燃料栅元进行计算分析。数值结果表明,栅元计算的keff对235 U每次裂变中子产额的扰动最为敏感,238 U俘获截面对keff不确定度的贡献最大。目前的核数据的不确定度会给keff带来0.4%~0.5%的不确定度。     

NECP软件包中NECL子群数据与任意几何共振模块研制

本文基于子群方法对NECP软件包开发了多群数据库模块和子群共振计算模块。采用本实验室开发的二维任意几何输运程序矩阵MOC作为子群共振模块的求解器。使用MCNP与子群程序计算一系列的共振基准题,并比较了两者所计算的无限增殖因数k_inf和²³⁵U与²³⁸U的微观截面。结果表明,子群程序对任意几何有良好的适应性和精度,可适用于二维任意几何的共振计算。     

钍基熔盐堆燃料循环与启动策略研究

研究了熔盐燃料在堆内外循环以及考虑特殊核素的添加、提取等在线处理过程的熔盐堆燃耗计算模型,在多功能组件计算程序SONG的基础上开发了相应的燃料循环计算功能并进行了初步验证。在此基础上,分别针对氧化铍慢化的热谱熔盐堆和无慢化的快谱熔盐堆进行计算,并根据堆芯反应性长期稳定的基本要求,分析了利用²³³U和工业Pu启动熔盐堆时配套的在线处理方案以及相应的易裂变核添加要求。通过对核素添加、提取以及燃料内核密度的平衡计算,分析了不同的在线处理方案与启动策略对钍-铀燃料循环效率的影响,并据此提出了初步的熔盐堆燃料循环技术路线。结果表明：压水堆乏燃料提取的工业Pu较²³³U更适宜用于钍铀燃料循环启动,因工业Pu启动的快谱熔盐堆的²³³U产率明显高于²³³U启动熔盐堆,而当有了足够的²³³U积累后,²³³U启动的热谱熔盐堆是更好的选择,因其燃料倍增时间更短且燃料初装量也小得多。     

238U非均匀共振积分表的可行性分析

随着新一代反应堆设计的复杂化以及共振计算精度要求的提升,有必要在多群数据库中引入非均匀共振积分表来提升共振计算精度。对不同方案制作的²³⁸U核素非均匀共振积分表在嵌入式共振计算方法中的应用进行了精度分析,分析结果表明,慢化剂密度与硼浓度是非均匀共振积分在工程应用中必须考虑的因素。根据分析结果,改进了国际上现有的二维非均匀共振积分表,使用四维插值表来覆盖压水堆中可能出现的工况。数值结果表明,改进的²³⁸U非均匀共振积分表提高了共振计算的精度,提高了核数据库的适用性。     

熔盐实验堆中燃料核素的灵敏度系数计算分析

以熔盐实验堆为模型,采用MCNP5和SCALE5.1中的TSUNAMI-3D-K5对燃料核素的灵敏度系数进行计算与分析。结果表明,灵敏度系数与核素在MSRE中的含量、位置和核素的中子反应截面有关,得到灵敏度系数最大的核素²³⁵U的宏观裂变截面和宏观俘获截面的灵敏度系数分别为0.267和0.110。MCNP5和TSUNAMI-3D-K5计算不同能区下²³²Th宏观总截面和俘获截面的灵敏度系数曲线一致,曲线在0.1 eV附近有一小峰,振荡区域同截面共振区范围相同。     

考虑有效共振积分不确定度的抽样方法研究

在核反应堆物理计算中,核数据库中的截面是影响计算结果的重要因素,研究其不确定度对结果的影响具有重要意义。本文基于3个核评价数据库,利用NJOY程序制作了70种主要锕系核素和部分裂变产物的69群协方差数据库。开发了不确定性分析程序SUACL,该程序利用上述协方差数据库和国际原子能机构制作的69群WIMSD数据库,基于随机抽样的方法产生微扰后的多个核数据库样本;然后利用DRAGON程序对NEA/OECD基准中的PWR栅元进行了计算,计算结果表明,~(235)U和~(238)U两种核素裂变-裂变、辐射俘获-辐射俘获和弹性散射-弹性散射参数对对栅元k∞的相对不确定度与其他程序的吻合良好,验证了程序和理论方法的正确性。同时利用随机抽样方法对5个制作参数的不确定度进行了研究,发现包壳厚度的不确定性对无限增殖因数有较大影响,主要原因是其本身的相对不确定度较大。     

通过测量模拟样品中236U与238U原子个数比估算燃耗的探索研究

自然界中²³⁶U与²³⁸U原子个数比约10^-14,不同反应堆类型及核燃料辐照情况辐照后的核材料中²³⁶U与²³⁸U原子个数比不同,一般为天然²³⁶U与²³⁸U原子个数比的10⁷～10¹¹倍。通过测量环境样品中的²³⁶U与²³⁸U原子个数比可探知取样点附近进行过的辐照活动、环境污染的来源及对应核燃料的燃耗。本研究使用配制的模拟样品,建立了多接收电感耦合等离子质谱（MC-ICP-MS）技术测定²³⁶U与²³⁸U原子个数比的方法以及估算核燃料燃耗的工作方案,并与其他燃耗计算方法比较,燃耗的相对偏差约10%。