多节点微口袋裂变电离室信号串扰的抑制

微口袋裂变电离室(micro-pocket fission detector, MPFD)是堪萨斯州立大学提出的一种新型微型裂变电离室，通过组合多个探测器形成一个多节点的探测器阵列，用于核反应堆堆芯中子注量率的三维在线监测或辐照样品处中子注量率的原位在线监测。在多节点探测器的设计过程中，由于各节点用于施加电场和输出信号的平行导线距离非常近，必须抑制各节点之间产生信号的相互串扰，以获得各节点输出信号的准确信息。本工作提出了一种3节点的MPFD设计，利用Garfiled、SRIM以及有限元分析方法对MPFD不同节点之间的串扰信号进行模拟分析，结果表明，MPFD串扰信号较主信号低1个量级，且极性相反。同时，制做了3节点的MPFD探测器样机，利用²³⁵U自发衰变产生的α粒子对两个节点之间的串扰信号进行了实验测试。实验结果与模拟计算结果一致，表明这种3节点的MPFD,由不同节点产生的串扰信号可通过信号极性和脉冲幅度进行甄别，不影响探测器对中子注量率的测量。     

小型平板铀裂变电离室研制

为了测量特定实验条件下狭小空间内中子注量率分布,研制了小型平板浓缩铀裂变电离室,该裂变室具有体积小、结构材料少等优点。论文叙述了裂变电离室的结构和制作工艺,通过测量自发衰变α粒子谱、裂变碎片谱对裂变电离室的性能进行了测试和评定,并标定了裂变电离室测量裂变碎片的探测效率。从指标上看,裂变电离室能达到设计要求和目的,可用于中子注量率的测量。     

移动式微型裂变电离室中子探测器研制与核特性测试

微型裂变电离室是一种反应堆上广泛使用的堆芯中子探测器。国内CPR1000核电机组的堆芯中子注量率测量系统采用移动式微型裂变电离室作为中子探头，在反应堆运行过程中测量反应堆中子通量，提供堆芯中子通量分布图，是核电站重要的安全仪控设备。对标现役国外产品的服役条件和技术指标要求，研制了一款移动式微型裂变电离室中子探测器，并参照国家标准GB/T 7164-2022和行业标准NB/T 20215-2013，对探测器的核特性进行了测试。测试结果表明：其核特性与国外产品相当，有望实现该反应堆安全产品的“国产替代”。     

HFETR入单晶硅的反应性扰动分析

单晶硅由辐照孔道进入高通量工程试验堆(HFETR)堆芯时会引入反应性扰动和影响局部的中子注量分布。本文使用蒙特卡洛核粒子输运程序(MCNP5)和蒙特卡洛核粒子输运扩展程序(MCNPX2.6)耦合建立了HFETR数学计算模型,通过临界计算验证了模型的可用性,模拟计算了不同质量单晶硅由8#辐照孔道进入堆芯所引入的阶跃反应性扰动,并分析了8 kg单晶硅由8#辐照孔道入堆对邻近电离室孔道内轴向中子注量分布的扰动情况。研究结果表明,单晶硅入堆所引入的反应性扰动很小,符合安全要求,对邻近电离室孔道内局部的中子注量分布存在一定影响,可能会对相应的中子探测仪表产生干扰。     

238U裂变电离室测量25.5MeV中子注量率

在飞行时间谱仪测量中子能谱的基础上,利用²³⁸U裂变电离室测量了中国原子能科学研究院HI-13串列加速器产生的25.5MeV中子注量率。为验证该裂变电离室测量快中子注量率的可靠性,在中国原子能科学研究院5SDH-2串列加速器上,利用该电离室和伴随α粒子装置同时测量14.8MeV中子注量率,结果在不确定度范围内一致。     

用于CSNS反角白光中子能谱及注量率测量的快裂变室

即将建成的中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)反角白光中子束线可为核数据测量提供高注量率的脉冲白光中子束流,填补我国核数据测量用白光中子源的空白,提高我国核数据测量水平,满足核能、核技术及基础核物理研究对核数据的需求。该束线建成后,其中子能谱及注量率的精确测量将是开展其它物理实验的基础,快裂变电离室因其独特优点被选为中子能谱和注量率测量探测器。通过实验研究了快裂变电离室的粒子分辨性能、时间分辨性能;确定阴、阳极的合理间距为10 mm,据此测得电离室的时间分辨约15 ns;利用235U样品量计算的探测效率与利用伴随粒子法给出的探测效率在不确定度范围内符合,因此可以标定快裂变室的探测效率。通过这些工作,完成了满足反角白光中子束能谱及注量率测量需求的快裂变室的物理设计。     

IHNI-1中子束快中子注量率测量

为检验和确定用于硼中子俘获治疗(BNCT)的医院中子照射器(IHNI-1)的快中子污染源项,设计了用于快中子注量率测量的包硼~(235)U裂变电离室。利用MCNP程序对电离室的注量响应进行优化设计,计算包裹不同厚度硼壳时电离室的注量响应曲线,最终选择35mm厚B4C壳作为低能中子屏蔽层。利用该电离室测量IHNI-1热中子和超热中子束的快中子注量率,并与模拟计算值比较。结果显示,实测的中子束比模拟计算结果具有更多的快中子成分,低于国际原子能机构(IAEA)推荐的目标值。     

活化法测量CFBR-II堆中子注量和中子能谱

采用活化法研究了CFBR-II堆中子能谱、中子注量分布和辐照样品对中子场的扰动。建立了用于求解中子能谱的SAND-II解谱程序。对实验结果的分析表明,活化法得到的中子注量率与裂变室得到的结果是一致的,辐照样品对中子能谱有一定的软化。     

235U裂变电离室法及金箔活化法测量热中子注量率的不确定度分析

文章简述²³⁵U裂变电离室法及金箔活化法测量热中子注量率的基本原理,并对测量过程中的各项不确定度因素进行了分析评定,包括中子衰减、裂变计数率、全谱平均反应截面、金箔活性等。计算出的两种注量率测量相对合成标准不确定度满足2%～5％的要求。对减小中子注量率测量不确定度的方法进行了讨论。     

裂变室技术堆外中子探测器原理及与传统电离室的比较

所谓裂变室是指在腔内加涂了一层铀的电离室。裂变室技术的中子通量探头其基本原理也是与普通电离室相同。均为将腔室内的填充气体电离,从而生成电流脉冲。与普通电离室不同的是裂变室能够在应用于源量程的脉冲计数,因为由于裂变室产生的电流脉冲远大于普通电离室所产生的脉冲电压。在裂变室中,中子的撞击导致涂铀层的铀元素裂变,产生的铀元素裂片再去电离填充气体从而产生电流脉冲。在不同的阶段由于中子注量率水平的不同,我们采用两种方式对电流脉冲进行测量从而测得中子注量水平。当中子注量率越来越高时,所产生的电流脉冲也会越来越密集,这导致脉冲的堆积。这样的话就没办法区分单个的脉冲因此无法再采用脉冲计数法。但同时脉冲堆积情况的发生生成了一个波动的直流电流。     

活化法测量CFBR-Ⅱ堆中子注量和中子能谱

采用活化法研究了CFBR-Ⅱ堆中子能谱、中子注量分布和辐照样品对中子场的扰动。建立了用于求解中子能谱的SAND-Ⅱ解谱程序。对实验结果的分析表明，活化法得到的中子注量率与裂变室得到的结果是一致的，辐照样品对中子能谱有一定的软化。     

HFETR材料辐照精细中子注量率谱研究

采用蒙特卡洛程序(MCNP)模拟计算高通量工程试验堆(HFETR)典型辐照孔道内样品精细中子注量率谱,包括轴向、径向中子注量率谱及172群中子能谱,分析其特点和变化规律,同时比较辐照孔道填充不同材料时的中子能谱。结果表明:不同孔道辐照相同材料及同一孔道辐照不同材料时,所得的能谱分布趋势和特点比较一致。在高能区,中子能谱近似为于裂变中子谱分布;在慢化能区,近似为费米谱分布;而在热能区,近似为麦克斯韦谱分布。     

^238U裂变电离室修正因子及探测响应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗(MC)粒子输运程序MCNPX分别计算了用238U裂变电离室测量由加速器产生的14.8 MeV和25.5 MeV准单能中子注量率以及将其推广应用于测量散裂中子源和宇宙中子源的中子注量率时,由电离室结构、电离室气体、空气等引起的对探测器裂变计数率的修正因子,并给出了探测器在各种情况下的探测响应.为解决蒙特卡罗模拟中探测片太薄、统计误差过大的问题,计算中采用了Dxtran球和强迫碰撞两种方差减少技巧,以降低统计误差、提高计算效率.对于源中子谱覆盖范围较宽、抽样效率低的情况,采用了高能和低能两部分能谱分别计算的方法,以提高计算效率.将模拟计算得到的修正因子应用于探测响应的理论公式,得到相应的探测响应,并与MC模拟计算直接得到的探测响应进行了比较,对模拟计算进行自洽性验证.利用伴随α粒子测量装置和电离室同时测量14.8 MeV准单能中子注量率,得出238U裂变电离室对串列加速器上14.8 MeV准单能中子场的探测响应,与MC模拟计算结果进行比较,对模拟计算进行实验验证.     

中子能谱在反应堆屏蔽计算中的应用分析研究

在反应堆的屏蔽设计中多采用蒙特卡罗中子-光子耦合输运程序(MCNP)计算反应堆压力容器和堆内构件的中子注量率,用以评估中子对结构材料的辐照损伤。MCNP在计算这类固定源问题时,源强的能量分布多采用MCNP自带的Maxwell裂变中子能谱或Watt裂变中子能谱,它们是典型能量的入射中子对应的向量裂变能谱。然而真正的裂变中子能谱是与入射中子能量相关的矩阵裂变中子能谱。为此,不同的中子能谱对反应堆屏蔽设计计算结果的影响被分析。结果表明:在反应堆屏蔽设计中应考虑不同能量的入射中子对裂变中子能谱的影响,即应该采用矩阵裂变中子能谱进行反应堆屏蔽设计计算。     

CFBR-Ⅱ堆脉冲中子注量测量

为了监测CFBR-Ⅱ堆辐照空间内脉冲中子注量,根据能谱随空间缓慢变化的特点,选择28个特征点,使用239Pu电离室对S活化片进行相对刻度,修正了不同空间区域能谱对S活化片测量的影响,测得了特征点的脉冲中子注量。该方法引入的不确定度为5%;脉冲产额为1.10×1016裂变时,距辐照腔底50mm处脉冲中子注量为5.87×1013cm-2;合成标准不确定度为11%。     

CFBR-Ⅱ堆脉冲中子注量测量

为了监测CFBR-Ⅱ堆辐照空间内脉冲中子注量,根据能谱随空间缓慢变化的特点,选择28个特征点,使用239pu电离室对S活化片进行相对刻度,修正了不同空间区域能谱对S活化片测量的影响,测得了特征点的脉冲中子注量.该方法引入的不确定度为5%;脉冲产额为1.10×1016裂变时,距辐照腔底50mm处脉冲中子注量为5.87×1013 cm-2;合成标准不确定度为11%.     

白云母迹径探测器测量宽范围的绝对热中子注量率

我们用白云母径迹探测器测量了几种堆型的绝对热中子注量率,与活化金箔法测量结果在5％内符合。测量范围为10~2～10~8n/cm~2s。 1.原理 在所测的中子场中,裂变材料制成的靶(如~(235)U)受到热中子辐照后产生裂变,当固体径迹探测器与裂变靶贴在一起时,记录下径迹数,即可求得中子场的注量率:     

高温裂变电离室气密性设计

正高温裂变电离室属于核反应堆安全级重要设备,反应堆的正常运行得益于其通过测量反应堆外孔道内中子注量率的大小及其变化速率,为反应堆保护系统提供实时有效的监控数据,进而判断得出反应堆功率水平和运行状态。在高温裂变电离室设计过程中,需要综合考虑工作模式、工作范围、气体工作压强等。电离室主要由圆筒,上、下盖板以及在上盖板的两个绝缘电极和抽气管组成。电离室长为254.8mm、外径     

中国实验快堆结构材料辐照装置设计

为在中国实验快堆(CEFR)上开展国产快堆包壳材料的辐照试验,进行了CEFR首个结构材料辐照装置的设计。材料辐照装置的创新设计基于CEFR的辐照条件和堆芯组件的基本结构,通过在辐照装置内部设置不同气隙尺寸的辐照罐,实现了在快堆不同功率稳态运行条件下(40%和100%额定功率)对材料样品不同辐照温度(450~600℃)的要求。辐照装置具有样品辐照温度与中子注量率的非在线监测功能,其结构具有通用性,能满足材料辐照标准试样最大装载的需要。通过对辐照装置进行热工分析和堆外的传热验证试验、流阻特性和结构稳定性验证试验,保证了辐照装置的设计能满足材料辐照任务的要求。     

熔盐实验堆MSRE堆芯罐和反应堆容器辐照损伤计算与分析

本文采用蒙特卡罗程序MCNP5对熔盐实验堆MSRE的堆芯罐和反应堆容器的中子辐照损伤量--原子离位数率(DPA rate)进行计算与分析。确定了堆芯罐和反应堆容器上的中子注量率分布,对其中中子注量率最大的区域进行详细的原子离位数率计算。计算显示堆芯罐和反应堆容器最大的原子离位数率均发生在内表面、堆中心平面处、θ角度在22°~34°之间的区域,最大原子离位数率可达3.90×10^-9s^-1,且快中子对原子离位数率贡献要大于热中子。研究结论对新概念熔盐堆设计和参数选择具有重要的实际意义。