反应堆物理实验中的源倍增法研究

给出了反应堆物理实验中临界测量和次临界度测量通常所采用的源倍增方法研究。首先从有源的扩散理论出发,导出了与以前不同的源倍增方法的公式。源倍增方法测量的参数实际是次临界系统在外源作用下的有源次临界中子倍增因子ks,而不是在这之前的中子有效倍增因子keff,然后研究了实验装置的临界质量,研究了ks与外源位置和能谱的关系,证明了导出的源倍增方法的理论是正确的。该方法可像过去那样用于反应堆物理实验中的临界外推测量,但不能用于次临界度测量。解决了长期困扰人们有关源倍增方法测量的参数问题。最后讨论了ks和keff的差别和关系以及对临界外推测量和核临界安全的影响。     

启明星Ⅱ号中子吸收体反应性价值测量

为验证加速器驱动的次临界系统（ADS）次临界反应堆设计时理论计算所使用的计算程序和核数据,在ADS启明星Ⅱ号零功率装置的铅冷堆芯中采用不锈钢元件作为中子吸收体,利用周期法对不锈钢中子吸收体的反应性价值进行实验研究。实验结果表明：吸收体的反应性价值随元件与中心径间距离的增加而降低,实验测量与理论计算的反应性价值接近,变化趋势相互吻合。经实验验证的理论计算程序和核数据可用于ADS次临界反应堆的设计。     

核临界安全中的监督现场测量技术--源倍增方法的某些问题

给出了核临界安全中监督现场的测量技术——源倍增法的实验理论和实验方法。源倍增法实际测量的是有源次临界中子有效增殖系数k2而不是中子有效增殖系数Keff。在铀溶液核临界装置上进行了实验研究用源倍增法测量了次临界系统在外中子源作用下铀溶液不同液位的有源次临界中子有效增殖系数k2;用周期法测量了单位铀溶液位的反应性系数,然后用临界液位与次临界液位之差乘以单位铀溶液位的反应性系数,给出系统次临界液位时的反应性．由反应性给出传统观念上的中子有效增殖系数keff 。讨论了它们的差别及对核临界安全的影响。     

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。     

高次谐波滤除方法在ADS次临界堆瞬发中子衰减常数计算中的应用

欧盟开展的外源倍增(MUSE)系列实验表明:脉冲中子源(PNS)方法是一种适用于深次临界堆中子增殖系数(keff)测量的方法,在PNS方法中,瞬发中子衰减常数α的准确与否是精确测量keff的关键.本文针对“快热”耦合次临界装置——“启明星1#”上的α测量进行分析,采用高次谐波滤除方法,得到拟合α值的时间区间,在该时间区间内得到的α与探测器位置无关.同时将由α计算出的次临界系统的瞬发中子倍增系数kp与蒙特卡罗程序(MCNP)计算结果进行对比分析,两者符合较好.研究表明:高次谐波滤除方法可有效避免α值测量依赖于探测器位置的问题,由该方法得到的α值可用于加速器驱动洁净核能系统(ADS)次临界反应堆keff离线监督.     

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。     

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。     

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启明星1号次临界度测量研究

次临界反应堆的反应性测量问题,一直是实验反应堆物理中的一个难题,且近年来越来越迫切。文章针对ADS次临界系统的特征,提出了用脉冲源法结合源倍增法测量系统次临界度的新思路,并在ADS启明星1号次临界实验装置上进行了测量实验。根据几组不同次临界度的测量结果来看,与理论计算结果偏差一般在600 pcm左右,确认了该方法的有效性。     

启明星1#实验装置ks、keff和φ*的模拟计算

用MCNP程序对启明星1#实验装置（Venus1#）的k_s、k_eff和φ^*进行模拟计算。在装置的源区、快区、反射层、屏蔽层已定条件下,逐层增加热区燃料元件,每增加1层,对k_s、k_eff和φ^*进行1次计算,共增加了13层,最终得到k_eff为0.96246,满足了Venus1#的设计要求。元件层数增加,φ^*先增后降,当增至12层时,φ^*又明显增大。外源位置和能量对φ^*有影响,外源在轴向离中心越近、能量越高,φ^*越大。     

近临界系统中子倍增时间行为的实验测量

为确定近临界系统内中子倍增因子随时间的变化与系统的反应性的关系,为反应堆启动提供参考,实验测量了中心中子在1个快中子临界装置3个次临界状态的中子倍增的时间行为,在反应性ρ=-2.27×10^-3和-4.79×10^-4的两个次临界状态下,阶跃加入反应性,分别等待180和450s后,中子密度（正比于中子倍增因子）才达到稳定值。与单群缓发中子假设计算的变化曲线比较表明,实验测量的中子倍增因子的变化比理论预估的变化快。即使如此,在反应堆启动中,仍需考虑中子倍增的延迟,以便推算正确的反应性。     

基于OpenMC的瞬发中子衰减常数计算模块开发与验证

瞬发中子基波衰减常数α可定量描述反应堆内中子随时间的变化,是计算绝对反应性所需的中子动力学参数之一,对次临界（特别是较深次临界）绝对反应性的精确测量具有重要意义。本文在开源程序OpenMC基础上,基于k α迭代方法,以中子径迹长度上的平均时间吸收权重修正作为k α迭代参数因子,在输运过程中对瞬发、缓发中子分别考虑,开发了具有瞬发α本征值问题计算功能的OpenMC PA模块。以Godiva衍生基准题和MUSE 4次临界实验装置为计算对象,对程序计算瞬发α本征值问题能力进行验证。结果表明,该计算模块有优于MCNP4C的计算速度与计算范围,计算值与参考值的相对误差小于05%。OpenMC PA能满足次临界系统瞬发α本征值和中子动力学参数计算需求。     

中国实验快堆反应性温度系数理论分析和试验研究

利用CITATION程序对中国实验快堆（CEFR）反应性温度系数进行计算,同时与其他程序计算结果和实验测量值进行比较。CEFR反应性温度系数约为-4 pcm/℃,计算结果与实验值吻合较好。升温和降温过程的反应性温度系数测量误差约为11%,满足试验验收准则。测量结果可校核理论计算结果,同时为CEFR的安全运行和在换料情况下的反应性平衡分析提供参考数据。     

铀水系统核临界安全的蒙特卡罗计算

本工作涉及应用蒙特卡罗程序MCNP4B对铀水系统核临界实验数据进行验证计算和对740L容器取料时漏入CaCl₂盐水后形成的UO₂F₂-CaCl₂水溶液系统的有效增值系数k_eff的模拟计算。计算结果表明，MCNP4B程序对铀水系统核临界安全计算是有效的，漏入盐水后形成的均匀UO₂F₂-CaCl₂水溶液系统是核临界安全的。计算结果为实际生产中的核临界安全性提供了理论依据。      

启明星Ⅱ号安全控制部件的实验验证

启明星Ⅱ号零功率装置（启明星Ⅱ号）所设计的安全控制部件有安全棒和调节棒,这些控制部件是反应堆安全运行的关键。本文采用逆动态反应性计测量的方法对所选定的控制部件的反应性价值进行了实验测量,并与理论计算结果进行了比较。结果表明,安全控制部件的反应性价值的实验测量结果与理论计算结果的相对偏差为4.46%,二者吻合较好。安全棒系统经力学分析评定,结果表明不会出现卡棒现象,能实现快速停闭反应堆的目的。安全棒系统、调节棒系统的机械性能经堆上反复实验验证,各系统性能稳定可靠,重复性好。     

Reactivity Measurements by Reactor Noise Analysis using Two-Detector Correlation Method

For a subcritical reactor, power spectral density measurement of neutron fluctuations can be used to evaluate the quantity α=(1 — ρ/β)/β/l, where ρ/β, i.e.the reactivity, can be determined using the quantity β/l measured at critical state.

In an actual experiment however, chamber noise is a hindrance, particularly at the highly sub-critical state. This makes large reactivity determination by reactor noise analysis difficult.

The correlation technique was used to eliminate the chamber noise component, thereby considerably extending the possible range of reactivity determination by reactor noise analysis.     

BaF2探测器测量α粒子的时间分辨随温度变化实验研究

本工作对用于测量α粒子的BaF₂探测器的时间分辨随温度变化情况进行了实验研究。实验选用退激γ射线能量较高的²³⁷Npα源,利用α粒子与退激γ射线的时间关联性得到时间谱,在不改变任何条件的情况下对BaF₂晶体加热,加热到设定温度后保持恒温,在BaF₂晶体达到热平衡后开始测量时间谱,由该时间谱上读出的半高宽与标准偏差的线性关系得出α粒子的时间分辨随温度变化的情况。测量结果显示,时间分辨随温度变化在目前实验条件下较为明显,这为未来快时间分辨α粒子探测器的选择和优化使用提供了依据。     

Analysis of Heavy-Water-Moderated,Cluster-Type Fuel Lattices by Cluster Physics Code ‘MESSIAH’

This paper presents a comprehensive analysis performed by a new cluster analysis code ‘MESSIAH’ on reactor physics constants measured in the critical facility for a pressure-tube-type, heavy-water-moderated reactor. The MESSIAH code system utilizes the method of the collision probability to solve the neutron transport equation. The effective space dependent cross sections are calculated in the thermal and resonance energy range before the eigenvalue calculation for the whole energy range. With use of these cross sections, the multi-group, space dependent transport equation is solved, and the flux distribution, spectrum and k _eff are obtained to the input bucking. In the above three steps the method of the collision probability is used consistently and extensively. The treatment of leakage neutrons from lattices in MESSIAH is also confirmed by an independent method using a Monte Carlo calculation. The calculated reactor physics constants, especially the micro-parameters and the activation traverse of Dy, agreed fairly well with the experiment. The diffusion calculation with use of the group constants calculated by MESSIAH predicts the reactivity of 0% void core excellently (<0.12%). However, for a 100% void core, the calculated reactivity was slightly lower than the experiment (~0.74%), which was attributed to over prediction of the diffusion constants.