2 ADS次临界中子学研究进展

ADS系统反应堆物理基础研究为中国科技部973项目“加速器驱动核能系统的物理及技术基础研究”的第2课题。五年来，已经完成了计划任务书中规定的所有的项目，包括第1阶段的稳态外源（^252Cf）驱动水堆零功率次临界（东风3号）实验及分析和第2阶段的建立“启明星”实验装置并开展初步实验研究。     

MCNP程序在ADS屏蔽计算中的应用

利用基于蒙特卡罗方法的MCNP程序计算了加速器驱动的次临界系统(ADS)中质子束管内的中子注量率分布以及通过质子束管顶端面和其它外表面逸出的中子注量率，得出了一些对ADS设计有意义的结论。     

ADS散裂中子源用不锈钢和钨的辐照效应研究

作为核能可待续发展的一种新技术,加速器驱动洁净能源（ADS）是当前国内外的研究热点。ADS需要约1018S-1中子驱动次临界装置,散裂中子源是 ADS一个关键部分。散裂中子源的束窗、靶和其它结构材料受到大剂量的中子或质子的照射,辐照损伤非常严重。 不锈钢和钨是重要的散裂中子源的束窗材料、靶材料和结构材料。本工作采用重离子辐照模拟研究了高剂量中子和质于辐照在800C退火的国产改进型316L不锈钢（MSS）、普通不锈钢（SS）和钨（W）产生的辐照效应。辐照采用85 MeV19F或80 MeV　12C,辐照在室温下进行。辐照剂量分别为:W,2.0和20.0dpa（每个原子的位移数）;SS,2.28和22.8dpa:MSS,30dpa。辐照产生的辐射损伤采用正电子湮没寿命方法检测。图1和图2分别是正电子湮没     

4 ADS次临界实验装置——启明星1#

加速器驱动的次临界系统（ADS）是嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产生核能的装置。该系统包括中能强流质子加速器、外源中子产生器和次临界反应堆。当加速器加速的高能质子轰击重金属靶（如铅）时，与重金属靶核发生散裂反应，一个质子引起的散裂反应可产生几十个中子，用散裂产生的中子作为中子源作用于次临界反应堆上，次临界反应堆发生并维持链式反应，在一定功率下运行。因此，ADS概念一经提出就受到极大关注，被世界核能界公认为是目前解决大量放射性废物，降低深埋储藏风险的最具潜力的工具。     

外推-周期法测量ADS模拟装置的次临界度

在ADS次临界中子学研究中，将次临界外堆法和超临界周期法相结合，实验测量了模拟ADS次临界装置中心布置不同缓冲区材料时的有效增殖因子keff和缓冲材料所相当的反应性。实验结果与其它实验方法的结果进行了比较，相互符合较好。     

跳源法在启明星1#次临界装置中的应用

简要介绍了跳源法在启明星1#次临界装置上测量次临界度的原理、外源驱动的次临界中子学实验装置、堆芯布置及中子源驱动系统。主要研究了中子源在堆芯轴向中心位置、不同装载情况下的反应性变化,并给出不同的有效倍增系数keff。实验测量结果与理论计算结果进行了比较,结果符合较好。     

6 Rossi-α法用于ADS次临界系统测量

本实验用Rossi-α法测量启明星1#的瞬发中子衰减常数。在建立这套测量系统过程中对实验原理和所测量的动态参数进行了研究，并Rossi-α方法进行了理论推导，导出了需要测量的动态参数——瞬发中子衰减常数钠表达式。Rossi-α法测量系统设备的构成主要有^3He中子计数管、前置放大器、主放大器、Counter／Timer类型的数据采集卡和计算机及其软件系统。这套系统的重点部分是数据采集及数据分析软件。     

蒙特卡罗方法在ADS屏蔽计算中的应用

利用蒙特卡罗方法计算了新一代核能系统加速器驱动系统(ADS)中质子束管内的中子归一化注量率分布以及通过质子束管入口和其它外表面逸出的归一化中子注量率,得出了一些对ADS系统的设计有重要意义的结论。     

加速器驱动次临界系统的中高能质子轰击厚靶中子学实验研究

利用俄罗斯杜布纳联合核子研究所的高能加速器进行加速器驱动次临界系统 (ADS)靶区中子学研究。用 0 .5 33、1 .0、3.7和 7 4GeV质子轰击U(Pb)、Pb和Hg靶的测量结果表明 :U(Pb)和Pb与Hg靶的中子产额比分别为 ( 2 0 1± 0 1 0 )和 ( 1 76± 0 33) ,从获得较强中子的角度看 ,Hg作为ADS靶是不利的 ;沿厚 2 0cm靶的中子产额随入射质子穿透深度增大而下降 ,质子能量越低 ,中子产额下降越快 ,为在较大厚度范围内获得较均匀的中子场 ,质子能量不应低于 1GeV ;不同能量质子产生的次级中子能谱相近 ,但随质子能量提高 ,较高能量中子的比例逐渐增大。     

ADS启明星1#次临界反应堆缓发中子有效份额的测量

本文提出了利用改进的源倍增法测量次临界系统的绝对反应性与跳源法测量的相对反应性相比获得缓发中子有效份额β_eff的方法。用改进的源倍增法测量了ADS启明星1#次临界反应堆某次临界状态下的绝对反应性为-2.235×10^-3。在相同的次临界状态下,用跳源法测量了以β_eff为单位的反应性ρ/β_eff为-0.291 5 $,二者相比得到ADS启明星1#次临界反应堆的缓发中子有效份额为0.007667。利用MCNP建模计算的结果为0.007 783,两者在2%内符合。     

ADS反应堆物理研究中的稳态外源系统

给出了在ADS反应堆物理研究中所使用的稳态外中子源252Cf的有关问题。它包括了所使用的252Cf中子源的外形尺寸,包壳材料,焊接技术及试验所采用的标准;在ADS反应堆物理研究中传输252Cf中子源的“跑兔”系统;252Cf中子源储存容器设计及中子源位置的监督等问题。     

核燃料棒235U富集度均匀性扫描装置中的中子慢化系统计算

对于核燃料棒235U富集度均匀性扫描装置,为了合理有效地利用252Cf中子源,提高检测灵敏度,需要合理选择中子慢化材料,优化中子慢化过程。本文利用Monte Carlo方法对中子慢化系统进行了优化计算,在保证慢化中子(En<1MeV)通量密度较高和235U与238U的裂变反应几率比R5/8也较高的前提下,给出了几种慢化材料及其组合的结果。     

252Cf中子活化核燃料棒235U富集度均匀性检测装置

采用^252Cf中子活化方法研制燃料棒^235U富集度均匀性检测设备，用慢化后的^252Cf中子照射燃料棒，使燃料棒UO2芯块中的^235U发生裂变，通过测量其裂变产物的γ射线总强度对燃料棒^235U富集度及其均匀性进行在线检测。采用1．2mg的^252Cf中子源，能检测出燃料棒中^235U富集度相对偏差土10％的单个混料芯块，单根燃料棒的检测速度可达7m/min，检测结果的置信概率为97．74％。     

核临界安全中的源倍增法研究

文章对核临界安全研究中通常采用的现场测量技术———源倍增法进行研究。从有源扩散理论出发,导出了与keff不同的有源次临界中子有效增殖因子ks的表达式,并在次临界系统上进行了验证研究。验证实验研究证实了所导出的ks 的正确性。源倍增法测量的参数实际上是次临界系统在外源作用下的有源次临界中子有效增殖因子ks,而不是以往的中子有效增殖因子keff,这就解决了长期困扰人们的有关源倍增法测量的参数问题。文章讨论了ks 与keff间的差别和关系以及它们对核临界安全的影响。     

跳源法测量ADS启明星Ⅱ号的次临界度及动态特性

本文主要利用²⁵²Cf外中子源驱动的ADS启明星Ⅱ号次临界装置来验证理论计算的次临界度及不同次临界度下的断束动态特性。简要介绍了利用跳源法在ADS启明星Ⅱ号上测量次临界度的原理、实验装置、测量系统、堆芯布置及实验结果等。实验通过变化堆芯燃料棒的装载来模拟3个次临界状态,即k_eff分别为0.99、0.98和0.97。实验结果与理论计算结果符合较好,验证了理论计算的正确性。经过实验验证的理论计算程序和核数据,为将来的中国科学院战略性先导科技专项--未来先进核裂变能ADS嬗变系统的次临界反应堆设计提供参考价值。     

252Cf 随机脉冲源法测量深次临界瞬发中子衰减常数

运用²⁵²Cf 随机脉冲源法时幅变换(TAC)方式测量系统,实验获得高浓缩铀椭球壳核系统的瞬发中子衰减常数α。采用单指数和双指数最小二乘法拟合，α值均为100μs^-1。用蒙特卡罗方法模拟实验过程，α计算值为110μs^-1。结果表明，该系统对深次临界α的测量是有效的。     

不同温度下~3He 计数管热中子灵敏度测定

采用 DOT3.5(R,Z)迁移程序和 CITATION(R,Z)扩散程序,对含有~(252)Cf 中子源的石墨棱柱装置进行了通量分布计算,并用 DOT3.5(R,Z)程序计算了计数管对热通量的扰动因子。测量了~3He 和 BF_3(WL-6307)计数管的热中子灵敏度;测量结果表明,在20—150℃内,~3He 计数管热中子灵敏度几乎是不变的。     

固体径迹法测量水泥反射体中~(252)Cf中子源反射中子

叙述了水泥反射体中~(252)Cf中子源反射中子测量实验原理。测量了无反射体、有反射体、本底三种状态下中子引发~(235)U产生的裂变率。并根据裂变率得到实验模型下水泥反射体对中子的反射系数。比较了不同中子源相同实验模型水泥反射体对中子的反射系数,对反射系数随角度变化趋势进行了分析。同时,对固体径迹探测技术进行了研究,探索了最佳蚀刻条件,得到火花放电计数随信号膜质量厚度及蚀刻厚度变化趋势。标定了固体径迹火花自动计数器效率,发展了固体径迹探测技术。