空间堆阴影屏蔽结构与材料选型

空间堆对辐射屏蔽尺寸和重量要求苛刻，为寻找合适的屏蔽方案，需要对屏蔽材料、结构进行选型研究。本文首先介绍了国内外对空间堆屏蔽目标及限值的研究进展，基于反应堆屏蔽设计原理，针对不同应用场景抽象出平板模型和球模型，在不同设计目标下对不同材料的屏蔽性能进行分析，基于分析结果采用自动化优化工具对屏蔽方案进行选型，分析了各个方案的优缺点。结果表明，放射源的能谱、源的尺寸大小、屏蔽体离源的距离、不同的屏蔽设计目标都会影响屏蔽材料和结构的选择，需要根据应用需求进行筛选；碳化硼、氢化锂和钨是较好的空间堆屏蔽材料；利用自动化优化工具对屏蔽体进行分层布置可实现有效减重。     

基于SuperMC的ITER下窗口生物屏蔽插件屏蔽分析

在国际热核聚变实验堆(ITER)中,窗口生物屏蔽插件需为电子设备和工作人员提供必要的辐射屏蔽防护。基于中子学分析的生物屏蔽插件设计是ITER设计的重要内容。本文基于超级蒙卡核模拟软件SuperMC,在ITER大厅三维中子学模型中整合了ITER设计整合部门(DIN)最新设计的下窗口生物屏蔽插件模型,对四种下窗口生物屏蔽插件进行了屏蔽分析。分析结果显示,低温恒温器低温泵生物屏蔽插件中子屏蔽性能最好,室内监视系统生物屏蔽插件屏蔽性能最差;室内检视系统生物屏蔽插件停堆剂量率最小,环形低温泵生物屏蔽插件停堆剂量率最大。在SA2辐照方案下,停堆12天后,环形低温泵生物屏蔽插件处停堆剂量率超过规定限值20倍。分析结果表明,ITER下窗口生物屏蔽插件设计有待优化。     

几种屏蔽材料的粉碎,级配,干湿试验及施工方案研究

经过对选用的几种核堆屏蔽材料硼镁石、蛇纹石和重晶石的实验研究,本文提出了关于其自然级配、日晒除湿、室内贮存的意见。并提出了在上部屏蔽中采用一定高度的特种砌块的建议,以满足工程屏蔽安全的需要。     

脉冲堆辐射监测与屏蔽试验

本文介绍了我国第一座脉冲堆辐射监测和屏蔽的测量结果,并与理论计算做了比较。测量证明本堆是安全的。     

氢化锆用于小型钠冷快堆屏蔽的初步研究

为减少小型钠冷快堆（SSFR）堆侧的屏蔽厚度,本文选择氢化锆作为SSFR堆侧的屏蔽材料。使用一维离散纵标法（ANISN程序）计算了氢化锆在SSFR堆芯区能谱下的屏蔽特性,并计算了堆侧采用氢化锆和碳化硼的屏蔽厚度。结果表明：与堆侧采用碳化硼和不锈钢屏蔽相比,采用氢化锆和碳化硼屏蔽（碳化硼所占体积比小于0.3）,屏蔽厚度减小了大约20%。氢化锆和碳化硼混合屏蔽材料具有很好的屏蔽性能,可减小SSFR堆侧的屏蔽厚度。     

高性能计算分析技术在大型钠冷快堆屏蔽设计中的应用

钠冷快堆堆容器是一体化的池式结构,由众多堆内构件组成且结构复杂,堆芯到生物屏蔽外中子输运过程中各向异性明显且深穿透问题严重,大尺度范围下三维S_N方法计算是制约快堆屏蔽设计的瓶颈。通过将三维SN程序与高性能计算技术相结合,采用并行计算方法可解决快堆堆本体内各向异性的三维深穿透屏蔽问题。本文以中国示范快堆（CFR600）堆本体为研究对象,采用JSNT-CFR程序详细计算了堆本体内的中子注量率、光子注量率、剂量率,并将计算结果与已有的二维程序设计结果进行比较。结果表明,将传统屏蔽计算方法与高性能计算相结合,能满足CFR600堆本体屏蔽计算精度要求,获得更为全面的三维展示效果,在计算模型复杂、粒子穿透深度等复杂问题的屏蔽计算上具有较明显的优势,为大型钠冷快堆屏蔽设计提供有力支撑。     

工程试验混合堆γ屏蔽的蒙特卡罗法研究

本文给出了用蒙特卡罗和环坐标法研究工程试验混合堆γ屏蔽的结果。结果表明:γ屏蔽对于聚变-裂变混合堆的设计是个非常重要的问题。发现在各种γ射线源中,非弹性散射γ射线源是重要的。混合堆的这个特点与裂变堆是不同的。     

基于智能决策支持系统的空间堆辐射屏蔽优化

由于运载重量和成本的限制,空间核动力系统的质量是一个关键参数。辐射屏蔽系统是空间核动力系统自重的主要贡献之一。因此,有必要研究空间核动力系统质量最小化的屏蔽优化问题。为了实现空间堆辐射屏蔽快速设计与智能优化,基于精英策略的快速非支配遗传算法（Non Dominated Sorting Genetic AlgorithmII,NSGA-Ⅱ）与反向传播（Back Propagation,BP）神经网络算法相结合的智能优化方法,对Topaz-II空间堆辐射屏蔽进行优化,将屏蔽层的总质量与剂量率作为优化目标,得到辐射屏蔽方案Pareto最优解集。同时,为了实现屏蔽方案自动化选择,将NSGA-II得到的Pareto解集作为BP神经网络算法的数据库对数据进行分析学习,建立屏蔽方案智能决策支持系统。该系统可根据工程实际需求,设置基础理论模型,获得满足工程需求的空间堆屏蔽方案。最后利用Topaz-II空间堆模型对本文方法开展了数值验证研究,证明了本文方法的正确性与可行性,可为空间堆辐射屏蔽优化提供理论与技术支撑。     

FEB-E3维中子学屏蔽分析和计算

FEB-E(Fusion Experimental Breeder)是聚变实验增殖堆的工程概要设计。FEB的主要目标是:(1)演示混合堆工程特性和裂变燃:抖和氚的增殖性能;(2)试验混合堆关键部件和聚变结构材料。环向场线圈TFC位于真空室及屏蔽层外侧,是FEB-E关键部件之一,其造价约占整个堆的40％。TFC由超导(Nb_3Sn)、绝缘体(聚酰亚胺)、稳定剂(Cu)和结构(316SS)等材料组成。由于TFC的超导、绝热和绝缘等材料易受来自堆芯聚变中子的辐照损伤,从而会严重影响混合堆的经济、稳定及安全运行,因此需要在等离子体堆芯与TFC之间设置一个屏蔽层把TFC所受的辐照损伤和核热沉积严格要求在允许范围以内。     

船用堆辐射屏蔽优化设计平台开发与验证

船用堆对核反应堆屏蔽设计提出了更高的要求,传统辐射屏蔽设计方法及设计软件已不能满足要求。为了得到更加精确的辐射屏蔽设计,本文基于开源的SALOME框架建立了一套集“几何建模-材料建模-屏蔽优化-结果可视化”功能为一体的船用堆辐射屏蔽多目标优化平台——MOSRT。MOSRT平台可实现屏蔽结构三维CAD实体建模、基于遗传算法的辐射屏蔽多目标优化以及屏蔽计算结果剂量场三维可视化。基于Savannah和MRX船用堆模型对MOSRT平台进行了辐射屏蔽优化验证,优化方案与初始方案相比,在剂量、质量、体积方面均得到了良好的优化效果,证明了MOSRT平台初步具备辐射屏蔽优化设计功能,可为船用堆工程及概念屏蔽设计提供辅助设计手段。      

脉冲堆屏蔽设计与分析

本文扼要介绍了脉冲堆屏蔽设计的内容、使用的计算机程序、数学模型、计算方法以及主要的计算结果。初步分析表明,获得的技术成果满足脉冲堆整体屏蔽设计的剂量标准和各相关专业设计的要求,已提供建堆工程应用,并取得了预期的效果。     

5MW低功率堆厂房屏蔽设计和安全分析

本文给出了5MW 低功率堆厂房屏蔽的设计准则和设计要求,给出了正常和事故工况的源项和相应的辐射剂量场,给出了单晶硅吊运的辐射剂量场,论证了事故工况下主控室的可停留性,发现原设计中主回路设备间和堆厅的屏蔽能力不足,通过恰当的辐射分区和严格的管理措施可以保证工作人员和附近居民的辐射剂量安全。     

CAP1400核电厂堆腔辐射漏束屏蔽设计研究

介绍了CAP1400 机组堆腔屏蔽设计特点,介绍了CAP1400 机组RPV区域堆腔中子屏蔽设计的分析方法、过程和关注事项.采用高精度的蒙特卡罗程序,建立精细化的反应堆厂房辐射场计算模型,基于先进的减方差技巧进行方案设计,对比分析堆腔屏蔽设置前后反应堆厂房辐射场变化,论证了设置中子屏蔽的必要性,最终实现CAP1400 ...     

兆瓦级热管核反应堆屏蔽方案设计研究

无人潜航器需要高可靠、高功率、长寿命的电源,为此西安交通大学提出了兆瓦级热管核反应堆（Silent Unmanned Portable Reactor,UPR-s）设计方案。为保证舱体辐射安全,对UPR-s开展了屏蔽方案设计研究工作。首先,对整个系统及屏蔽体的布局进行初步设计,并分别计算了反应堆满功率运行和停堆情况下的源项参数;其次,给出几种备选屏蔽材料;接着,利用确定论中子-光子屏蔽计算软件NECP-Hydra分别针对初始模型布置选型、复合式屏蔽布置选型及阴影屏蔽布置方案等进行计算分析,主要对安全平面处的累计快中子注量、光子剂量,以及停堆后的源强进行了分析;最终,基于数值分析结果,提出了满足要求的屏蔽优化方案,其安全平面处的累积快中子注量、光子剂量、屏蔽重量等关键参数均满足设计限值。     

SPRR-300堆生物屏蔽层活化情况调查

反应堆生物屏蔽层是反应堆退役阶段的重要源项之一。通过建立计算模型,使用MCNP和ORIGEN2程序计算获得了SPRR-300堆生物屏蔽层的活化情况。为校核理论计算结果,对SPRR-300堆生物屏蔽层混凝土进行了取样分析。取样分析结果与理论计算结果较为一致,证明了理论计算模型的准确性。通过对取样分析结果进行拟合,获得了SPRR-300堆生物屏蔽层针对60 Co核素的活化厚度,即1.1m高度处的活化厚度为840mm,1.5m高度处的活化厚度为680mm。     

10MW高温气冷堆屏蔽计算分析

高温气冷堆是第4代核能系统的重要堆型之一,由于其堆芯体积庞大、几何结构复杂,屏蔽计算难度较大.本工作使用三维SN程序TORT对10 MW高温气冷堆进行屏蔽计算,并用ANISN、MCNP程序进行校核.结果表明,TORT程序计算结果与ANISN、MCNP程序计算结果符合很好.     

应用MCNP程序处理研究堆屏蔽计算深穿透问题的方法研究

采用MCNP程序对某一体化研究堆主屏蔽设计进行验证计算。通过几何分裂、源项模型简化、多群截面和能群截断等方法逐步优化计算模型,计算效率提高了70%,计算结果方差小于10%,与确定论程序计算结果吻合较好。经分析,本文建立的计算方法适用于屏蔽层较厚研究堆的屏蔽计算。     

西安脉冲堆中子照相屏蔽体改建设计计算

文章采用蒙特卡罗程序耦合抽样技巧，对西安脉冲堆中子照相孔道外的屏蔽体进行改建设计计算，确定了中子照相孔道口出射束流参数和多种材料组合的屏蔽参数。实验测试结果表明，理论计算可靠，达到了改建指标。     

CARR堆冷源孔道组合屏蔽优化设计

CARR堆冷源孔道组合屏蔽优化设计是通过使用CSA算法结合一维SN程序ANISN编写的屏蔽优化程序,得到屏蔽部分屏蔽材料的优化组合,使闸门关闭时混凝土墙外侧总剂量率达到最低剂量率水平.     

MC-MC耦合计算方法在核电厂中子屏蔽设计中的应用

中子屏蔽精细化设计是三代堆型核电厂区别于二代堆的主要辐射防护设计特征之一,其设计优劣直接影响了辐射场内设备寿命及功率运行期间可能进入的工作人员的辐射安全。为了精确、快速、有效解决大尺度复杂厂房中子屏蔽计算难题,提出了将MC-MC耦合计算应用于解决核电厂大型复杂计算模型的中子屏蔽设计方法。通过与欧洲第三代压水堆技术方案(CEPR)设计结果对比表明,计算结果偏差小于15%,满足工程屏蔽设计误差要求,证明该方法的正确性与可行性。该方法已应用于国内某三代堆型核电厂反应堆厂房中子屏蔽设计。