宇宙线μ子散射成像技术研究进展

为进一步深入开展宇宙线μ子散射成像技术研究,发挥其在国土安全、防范核走私、核不扩散等方面的重要作用。论文综述了国内外在宇宙线μ子散射成像技术上的研究进展情况,提出了一些存在的问题以及未来的研究方向。     

反应堆宇宙线缪子成像蒙特卡罗模拟研究

宇宙线缪子成像可对第二代反应堆压水堆(PWR)堆芯进行成像,即使在严重核事故下,常规方法无法监测时,仍可探知堆芯状态,了解堆芯情况。论文基于PWR主要结构参数建立详细的模拟模型,通过Geant4程序进行模拟,对反应堆堆芯进行图像重建,并对图像进行降噪处理。研究结果表明,宇宙线缪子可对堆芯高Z材料成像,核燃料轮廓清晰可见,利用大角度宇宙线缪子对PWR堆芯进行成像、对堆芯状态进行监控的方法可行。若要实现这种方法,使用多个8 m×8 m的大面积位置灵敏探测器,在3个月内可以实现。     

宇宙线缪子散射成像模拟与算法研究

本文验证了基于Micromegas探测器的宇宙线缪子散射成像系统进行快速核材料检测的可行性,并对实验室宇宙线缪子成像系统原型进行参数估算。基于Geant4程序开发了用于模拟宇宙线缪子物理过程、传输径迹及Micromegas探测器响应的模拟程序。在模拟数据的基础上,实现并改进了两种主要的宇宙线缪子散射成像算法。根据模拟和成像结果,1 m×1 m成像系统可在10 min内检测到被重元素屏蔽的核材料。10 cm×10 cm成像系统的缪子事例触发率为0.16 s^-1,要获得较为清晰的成像结果,要求探测器位置分辨率达到300 μm,探测器增益为1 000时实际测量事例至少需要20 h。     

宇宙线缪子传统散射成像算法与模拟研究

详细推导了宇宙线缪子传统散射成像算法:径迹类重建算法中具有代表性的最近邻点算法(PoCA)以及统计类重建算法中的最大似然散射角算法(MLS)、最大似然散射角和位移算法(MLSD)和期望最大算法(EM).介绍了新发展的成像方法.进行了模拟实验,模拟研究表明统计类重建算法具有更好的成像精度.     

日本的反应堆燃料元件生产现状

[日本《钚》1994年春第5期报道] 核燃料元件制造技术水平的高低与产品质量的优劣直接关系到核电厂的运行、维修与工作人员的辐射防护。日本的铀燃料元件生产现状简介如下: 燃料芯块的制作 日本轻水堆目前使用铀-235丰度为2％—4％的浓缩铀燃料。将浓缩铀的粉末固结并压制成芯块,在1700℃以下烧结成陶瓷体。烧结过程中,芯块长度收缩到原来的80％。     

建立反应堆燃料元件破损运行判据的思考

运行判据是用于判断反应堆燃料元件发生破损时能否继续运行的指标条件,本文提出建立反应堆燃料元件破损运行判据的思路和方法,通过风险分析,确定监督运行最大容许破损数量;研究提出既能反映燃料元件破损数量又可直接监测的指标参量,并建立破损数量与可监测指标参量之间的对应关系;将最大容许破损数量对应的可监测指标参量值作为运行技术判据。     

用切伦科夫计数法确定反应堆燃料元件破损

介绍了利用液闪谱仪进行切伦科夫计数确定反应堆燃料元件破损的原理和方法。以２００ＭＷ核供热堆为例，分析了反应堆主回路水中产生切伦科夫辐射核素的放射性特性，计算了其中活化产物的活性及燃料元件裂变产物的活性，探讨了用本方法监测燃料元件破损的可行性。本方法的特点是操作简单，测量迅速。     

水冷反应堆燃料元件的在役检测和处理

水冷反应堆包括轻水堆和重水堆,轻水堆分为压水堆和沸水堆;重水堆分为加压重水堆和加拿大的氘铀堆。国际上把它们归为一类进行研究。本文涉及的破损燃料元件的在役检测和处理包括：反应堆运行时的检测;换料时或换料后的检测;在燃料组件内鉴别破损的燃料棒;燃料组件的监测、拆卸和修复;破损燃料棒拆出后的检测,破损定位与修补。     

水冷反应堆燃料元件的在役检测和处理

水冷反应堆包括轻水堆和重水堆,轻水堆分为压水堆和沸水堆;重水堆分为加压重水堆和加拿大的氘铀堆。国际上把它们归为一类进行研究。本文涉及的破损燃料元件的在役检测和处理包括：反应堆运行时的检测;换料时或换料后的检测;在燃料组件内鉴别破损的燃料棒;燃料组件的监测、拆卸和修复;破损燃料棒拆出后的检测,破损定位与修补。     

铀氧锆反应堆燃料元件设计

本文论述了铀氢锆反应堆燃料元件设计中的一些主要问题——材料选择和性能、结构设计、设计方法和主要方程式,并给出了主要计算结果.得出的结论是,这种燃料元件无论在稳态运行、脉冲运行还是在反应性事故或失水事故工况下,都是安全可靠的.     

压水动力反应堆燃料元件安全性的监测与分析

为了对１座压水型动力反应堆作燃料元件破损的现场监测，计算了一些裂变产物的主要γ光子用７６．２ｍｍ×７６．２ｍｍＮａｌ探测器测量时产生的光电峰相对计数率随反应堆启动不同时间的变化，并作了监测中的干扰因素分析。计算和分析结果表明：在元件安全性监测中，最适合选择的γ光子能量是２２０．９ｋｅＶ（８９Ｋｒ）、４０２．７ｋｅＶ（８７Ｋｒ）、１９６．３ｋｅＶ（８８Ｋｒ）、５２９．８ｋｅＶ（１３３Ｉ）和８１ｋｅＶ（１３３ｘｅ）。在监测中存在的主要干扰因素是高能γ射线产生的湮没辐射、ｗａｌ探测器周围ｐｂ屏蔽上产生的７５ｋｅＶＸ射线及由１９Ｏ和１６Ｎ产生的γ射线。在１座反应堆２次事故排除的元件安全性监测中，分析方法成功地得到了应用。     

反应堆燃料元件破损当量诊断方法

破损当量是衡量反应堆燃料元件破损严重程度的重要指标,但破损当量无法直接测量,在决策应用中不具有可操作性,需要建立与破损当量对应的可监测指标。本文结合实践经验,分析确定了可用于燃料元件破损诊断的典型核素,建立了反应堆一回路冷却剂中裂变产物核素活度浓度与燃料元件破损当量之间的传递关系;给出了一回路冷却剂取样分析实验方法,并指出实验过程中应注意的问题;建立了采用监测一回路冷却剂中典型裂变产物核素活度浓度诊断破损当量的方法,并分析了诊断中不确定度的主要影响因素。本研究为反应堆燃料元件破损当量诊断提供了技术方法。     

基于剂量监测的船用反应堆破损燃料元件燃耗分析

分析了船用堆燃料元件破损后冷却剂中¹³⁴Cs、¹³⁷Cs的放射性活度与破损燃料元件中¹³⁴Cs、¹³⁷Cs的放射性活度之间的关系,同时也分析了燃料元件中¹³⁴Cs、¹³⁷Cs的放射性活度与燃料元件燃耗之间的关系。由分析得到破损燃料元件燃耗的计算公式,为进一步定位破损元件提供理论依据。     

宇宙线μ子角分布探测装置构建

为测量近地面宇宙线μ子的天顶角分布,构建了一套由两个相互平行放置的长塑料闪烁体探测器组成的探测装置,研究了影响装置性能的主要因素,优化了装置的结构设计参数。利用优化后的装置,测量得到了μ子的天顶角分布符合cos2θ的规律。观察到了角分布的东西向不对称性,当天顶角为30°时,东西向的差异约为3.5(1.5)%。     

小型反应堆设计中的球形燃料元件概念

美国太平洋西北国家实验室（PNNL）目前正在开发一个新颖的、提供低燃料温度、低储存能量和长堆芯寿命的球形燃料元件概念。作为验证燃料元件概念潜力的一个平台,利用PNNL开发的和平（利用）原子反应堆（AFPR-100）,已经进行了燃料性能的模拟。AFPR-100是一座电功率100MW、热功率300MW的小型水冷却反应堆设计概念,该设计采用已经证实的技术、具有非能动安全和防止核扩散的特点。燃料性能模拟已经证实,这种燃料元件的热时间常数短、燃料温度低,提供了保持裂变产物的屏障,并具有长期的外形尺寸稳定性。研究了这些燃料元件的制造技术。为了评价燃料元件制造的可行性,与一个商业销售商联合进行了一项制造技术验证。为了验证所提议的技术,提出了可以使用现有的工艺来大批量生产球形燃料元件。在这次示范中,将ZrO2芯块作为燃料芯块的替代品。在制造过程的各个阶段,对燃料元件的特性进行了详尽的表征。金相的表征包括涂敷层微观结构的电子微观分析。为了寻找有损害的反应区、剥离性和孔隙率,对界面区给予了特别关注。尽管这个验证还不完整,但是初步的结果是有希望的,并将在本文中对其进行讨论。本文将描述球形燃料元件（SFE）,给出这种燃料元件性能计算的结果,描述已提出的制造工艺,并讨论迄今在本设计概念中已经完成的制造验证的结果。     

宇宙射线μ子探测裂变核材料的成像算法

宇宙射线μ子探测作为一种清洁源、深穿透、真正识别裂变核材料的新方法正在世界范围内日益受到重视,我国也在反恐领域开展此项研究,论文介绍了研究工作中图像重建算法(PoCA算法、期望最大化算法)以及算法模拟实验结果和分析,模拟结果初步证明了宇宙线μ子进行特殊核材料检测的可行性以及图像重建算法的有效性.     

基于能损计算的快速μ子吸收成像模拟研究

μ子吸收成像技术使用天然存在的宇宙射线μ子作为辐射源,能够对大尺寸物体实现无损探测。在μ子吸收成像的应用研究中,进行成像的模拟分析是重要的一步。目前大部分的成像模拟通过蒙特卡罗方法模拟μ子在待测物体中的输运来实现,但使用蒙特卡罗方法进行模拟一般需要较长时间,不适用于一些需要快速得到模拟结果的场景。本文基于μ子在待测物体中的能损计算,实现了快速μ子吸收成像模拟,弥补了蒙特卡罗模拟用时过长的不足。具体地,本文根据待测物体的已知结构,通过能损与通量计算,获得μ子剩余通量的分布,进而实现成像。本文以胡夫金字塔为例,将构建的快速模拟过程与蒙特卡罗模拟进行比较,初步结果表明,使用本文的快速μ子吸收成像模拟获得的胡夫金字塔内部成像结果与蒙特卡罗模拟基本一致,快速模拟得到的通量值与蒙特卡罗模拟得到的通量值平均相差小于5%,快速模拟用时约为蒙特卡罗模拟的1/240。     

燃料元件分析程序需要与时俱进

本文对我国应用燃料元件程序作了简要历史回顾，并在介绍国外燃料元件程序近年来发展情况和与国外专家交流的基础上，提出了对我国当前使用的燃料元件程序进行更新和发展的具体意见，以与同行专家商榷。