ADS次临界系统中子时空动力学计算与瞬态分析

加速器驱动次临界反应堆(ADS)中子时空动力学计算需要考虑外中子源和空间分布的影响,比临界系统中子动力学计算要复杂得多。本文将改进准静态(IQS)近似与蒙特卡罗(MC)方法相结合,对于带外源的ADS次临界系统中子时空动力学过程,形状函数、动力学参数由MCNPX程序计算得到,幅度函数与集总参数热工反馈模型进行耦合计算,并开发了IQS/MC计算程序可视化操作界面。针对CIADS靶堆耦合系统参考方案物理模型,对引入束流瞬变及无保护失流工况过程进行瞬态模拟计算分析,给出了堆芯相对功率、燃料温度及冷却剂出口温度随时间的变化曲线。同时,将中子注量率进行分群计算,得到了堆芯分能群的相对中子注量率网格分布随时间的变化,模拟结果与理论分析一致。     

ADS次临界反应堆的中子共轭方程

与临界反应堆相比,ADS次临界反应堆的外源中子和裂变中子的空间分布具有严重的不均匀性,对应的中子价值也不同。本工作对次临界反应堆的稳态输运方程作分群扩散近似,得到了多群方程,进一步推导出按堆芯功率归一化的中子共轭方程表达式和与功率相关的中子价值函数表达式,给出了次临界反应堆中子价值的物理意义。由稳态中子共轭方程组出发,给出了两种带外加中子源的次临界反应堆增殖因数的表达式。     

ADS次临界反应堆的点堆中子动力学方程

加速器驱动的次临界系统（ADS）中的次临界反应堆与临界反应堆相比,中子注量率的空间分布具有严重的不均匀性,同时中子平均能量较高且中子能量变化复杂,中子价值变化大,因而传统的点堆动力学方程不能较为真实地模拟ADS次临界反应堆。本文从含多群中子多组缓发中子先驱核的动力学方程出发,给出其共轭方程。然后利用稳态扩散方程及其共轭方程的共轭关系,推导得出含有归一化功率的动力学方程表达式。进而定义多个特征算子,导出了含有源中子价值的点堆中子动力学方程,并对几种简单情况进行了初步验证,为进一步分析ADS次临界反应堆的动态过程奠定了基础。     

加速器束流瞬变ADS次临界反应堆动态特性分析方法研究

强流质子加速器(HPPA)的不稳定性产生的束流瞬变将导致加速器驱动次临界反应堆系统(ADS)的散裂中子源强度发生快速变化,进而对ADS次临界反应堆产生冲击。HPPA束流瞬变下的次临界反应堆动态响应特性是ADS研究的一个重要课题。本文在总结目前ADS束流瞬变问题研究工作的基础上,对已建成的ADS次临界实验装置"启明星1#"开展了初步的与束流瞬变相关的计算分析,提出了在束流瞬变分析中针对有/无外源情况采用多模式堆芯群常数和中子动力学参数实时调用的建议。     

ADS稳态中子注量率高阶谐波重构的理论研究

加速器驱动次临界反应堆(ADS)的中子注量率由基波与高阶谐波中子注量率叠加形成。基于谐波与共轭谐波中子的双正交特性,建立了ADS稳态中子注量率谐波展开理论,并针对三维4群ADS扩散问题开展数值研究。结果表明:λ谐波和瞬发α谐波可有效地重构ADS稳态中子注量率,重构精度随谐波展开阶数增加而提高;相比瞬发α谐波,λ谐波具有更高的稳态中子注量率重构精度。由于分析对象外中子源和堆芯布置的对称性,仅有特定对称性的谐波对稳态中子注量率有贡献。     

基于IQS/MC方法的ADS次临界反应堆中子时空动力学模拟分析

采用改进准静态近似与蒙特卡罗中子输运程序相结合(IQS/MC)的方法实现了加速器驱动的次临界系统(ADS)中子时空动力学模拟计算。以加速器驱动嬗变研究装置的靶堆耦合参考方案物理模型为例,通过对束流瞬变引入和燃料组件提升两种工况进行动态模拟,计算得到了堆芯总的相对功率、分能群相对中子注量率及相对功率三维网格分布随时间的变化。将IQS/MC方法计算结果与点堆计算结果进行了对比分析,模拟结果符合物理规律,两种方法对比结果与国外相关文献一致,表明IQS/MC方法适用于ADS次临界反应堆中子时空动力学过程的瞬态安全分析。     

固体径迹探测器在加速器驱动洁净核能系统中的应用

介绍了加速器驱动核能系统(ADS)中次临界反应堆物理实验研究的内容和固体径迹探测器(白云母,CR-39)测量ADS堆芯中子通量和中子能量的原理。     

改进准静态本征函数法求解反应堆时空中子动力学方程

本文提出一种改进准静态本征函数法并用于求解时空中子动力学方程。在改进准静态近似条件下,利用因子分解法将中子通量密度分解为幅函数和形状函数,进而采用本征函数法求解形状函数轴向和径向的近似解析解。在求解幅函数过程中,将幅函数化简为点堆模型下的形式进行求解,最终导出反应堆三维时空中子动力学方程的解析解。与其他解析法和数值解相比,改进准静态本征函数法的适用范围更广,计算速度更快。     

固体径迹探测器在加速器驱动洁净核能系统中的应用

介绍了加速器驱动洁净核能系统（ADS）中次临界反应堆物理实验研究的内容，固体径迹探测器（白云母，CR－39）测量ADS堆芯中子通量和中子能量的原理。     

基于逆动态法的ADS次临界度在线监测方法数值验证

加速器驱动次临界系统(ADS)的次临界度在线监测是ADS运行和安全的核心问题,目前次临界度的测量方法主要有:外推-周期法,跳源法,脉冲中子源法等。本文研究了基于逆动态法的ADS次临界度在线测量方法,并对该法进行初步数值模拟验证。基于临界堆反应性逆动态测量方法,增加外源项的特殊考虑:采用次临界稳态中子通量密度(或功率)及初始次临界度以确定外源,实现适用于次临界堆反应性计算的逆动态求解算法。本文使用欧洲小型加速器驱动的次临界系统PDS-XADS进行数值验证,与动力学程序NTC-2D的计算结果进行对比。结果表明:该方法可有效实现次临界堆的次临界度在线监测。     

ADS加速器失束次临界反应堆动态特性研究

加速器驱动系统(ADS)中次临界堆芯的功率水平依靠强流质子轰击散裂靶产生的中子源来维持.加速器较为频繁的失柬问题,必将对ADS次临界反应堆安全性产生影响.研究了ADS系统失束事故特性,设计开发出具有较强针对性的用于ADS失束事故分析软件,对加速器驱动快中子次临界反应堆的动态响应开展了初步研究.结论表明仅靠断束停堆,仍有可能危及次临界反应堆的安全性.建议增设辅助停堆保护系统以提高ADS安全性.     

反应性的定义及其可测性

反应性是反应堆物理的一个基本而重要的物理量,本文总结了各种定义反应性的方法,指出了各种反应性定义的差异,并讨论了它们在什么条件下具有同一性与可测性。文中讨论了:在选择静态伴中子密度或中子价值作为权重函数以确定中子动力学方程的动态参数时,动力学反应性近似等于静态反应性。由于受归一化条件的限制、形状函数应作如此选择,使相应的幅度函数正比于中子密度基波随时间的变化。由于瞬发中子密度与缓发中子密度空间分布的不同以及高次谐波的影响,动态方法所测得的反应性将与探测器的位置有关。为得到真实的静态反应性须作相应的修正。     

ADS加速器束流瞬变分析程序开发

加速器驱动的反应堆系统(ADS)中次临界堆芯的功率水平依靠强流质子轰击散裂靶产生的中子源来维持,质子束流的不稳定性将对次临界堆的功率水平产生影响,进而对ADS的安全性产生影响.本文研究了ADS系统束流瞬变事故特性,建立了相应的物理数学模型,设计开发出具有较强针对性的用于ADS系统束流瞬变事故仿真软件--SIMULINK-ADS.并选取了典型的束流瞬变工况进行分析,通过与OECD/NEA和FZK Karlsruhe研究成果进行比较,验证了SIMULINK-ADS程序能够有效地计算和分析ADS束流瞬变次临界反应堆堆芯物理及热工响应.     

启明星1#次临界中子学动态实验研究进展

在次临界实验平台启明星1#上开展中子学动态实验研究有助于深入了解和认识ADS系统的中子学时空特性,对今后合理设计、安全运行ADS次临界系统具有重要意义。ADS次临界中子学动态实验研究已经取得很大进展。建立了ADS次临界实验中子通量密度时空分布测量与数据采集系统。该测量与     

蒙卡-燃耗程序系统及ADS基准题的计算

为对核废物进行嬗变,最近提出了加速器驱动的次临界系统(Accelerator Driven System,简称ADS)。由于外中子源的存在及中子通量的各向异性,ADS的核计算与通常反应堆有较大的差别,原则上需要应用中子输运理论的方法,目前尚无成熟的计算方法与程序。为此,IAEA提出了ADS基准题。基准题分为几个阶段,第一阶段主要致力于ADS的中子性能分析、检验现有核数据库、计算方法和程序的可靠性及不确定性。该文开发了MCNP-ORIGEN2程序系统,并对该基准题进行了给定次临界度下的富集度、零燃耗下的径向与轴向的功率分布、反应性空泡效应、外源价值和燃耗的计算等,取得了满意的结果。     

从广义自持链式反应观点看加速器驱动系统

用广义自持链式反应的观点探讨了加速器驱动系统 (ADS)的基本内涵。认为次临界反应堆、质子加速器和靶所组合的整体仍可看成一个 (临界的 )自持链式反应堆。这个反应堆不同于通常临界反应堆的特点是每次裂变后的二次中子不仅包含裂变释放的中子而且还包含部分裂变释能 (通过质子加速器及靶 )所转换的中子。正是有了这些附加中子 ,使得加速器驱动系统每次裂变的有效二次中子数增加了。一个ADS系统能够稳定运行的条件是ADS的次临界堆和加速器能够相互匹配使得ADS系统的有效二次中子数达到这样的水平 ,以致在ADS系统内能够形成自持的中子链式反应。因此尽管ADS的反应堆部分是次临界的 ,但从ADS整体来看只要质子加速器与次临界反应堆匹配得当 ,ADS系统是可以像通常临界反应堆那样 ,维持自持的链式反应的 (或临界的 )。给出了ADS系统维持自持链式反应的匹配条件 (广义临界条件 )。最后根据ADS系统的特点探讨了ADS在核废物处理 (嬗变 )、提高核燃料增殖效率及核能开发中的作用。     

基于六角形节块法程序的三维时空动力学程序开发

处理三维中子时空动力学问题时,在时间的处理上采用了改进型准静态方法,将总的中子通量密度分解成由时间相关的幅度函数和由时间空间能量相关的形状函数,幅度函数通过三阶多项式插值方法求解,而形状函数则通过节块法程序NAS程序系统的稳态扩散或者输运模块求解,以此为基础,开发了三维时空动力学程序NAS-K.并给出了与两个国际基准例题(无反馈弹棒事故和简单的绝热多普勒反馈弹棒事故)计算结果的比较,结果符合很好,初步验证了本程序的正确性.     

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。     

铅铋冷却次临界堆反应性引入下的中子学动态特性分析

加速器驱动次临界系统（ADS）与临界系统相比具有不同的中子学动态特性。采用瞬跳近似导出了次临界状态下反应性扰动引起中子密度和堆功率变化的关系式,与基于RELAP5开发的次临界点堆动力学程序做了不同次临界度（keff=0.90,0.95,0.97,0.98和0.99）下1 s内引入反应性＋1β的中子学动态特性对比分析。结果表明：①有外源的瞬跳近似能够精确地描述受扰动后很短的一段时间之后的中子密度和堆功率的变化情况,能用于求解有外源的点堆动态方程渐进情况下的解;②反应性引入事故过程中,次临界堆表现出内在稳定性,次临界度越深,偏离临界越远,反应性扰动对次临界堆的影响就越小。     

西安脉冲堆燃耗对中子代时间的影响研究

本文研究了计算反应堆中子代时间(Λ)的瞬发中子通量密度衰减法,基于反应堆仅释放瞬发中子的假设条件,研究了瞬发中子动力学方程,将Λ的计算转变为α本征值的计算问题,采用MCNP程序模拟瞬发中子通量密度的衰减特性以拟合出α值。该方法避免了抽样计算中子价值函数的复杂问题,实现相对容易。并根据西安脉冲堆(XAPR)堆芯三维燃耗分布拟合出不同燃耗深度下瞬发中子通量密度衰减系数α,计算出堆芯中子代时间。结果表明:随着XAPR堆芯燃耗的加深,中子代时间呈增大趋势,从新堆芯到第一循环末(120EFPD),Λ增大幅度为8.93%。