西安脉冲堆燃料元件燃耗无损实验测量

介绍了西安脉冲堆燃料元件燃耗测试理论、所用设备及实验方法,重点阐述了燃耗测量中用到的中子/γ自吸收校正、127 Cs活度校正、探测效率标定等关键技术.对堆芯内两根具有代表性的燃料棒D5、G14开展了燃耗测量,并工理论计算结果进行了比较.结果表明:燃耗测量结果与理论估算值在不确定度范围内一致,该燃耗测试分析系统是可靠、适用的.     

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%。     

西安脉冲反应堆燃料元件燃耗的无损测定

介绍了利用1能谱法无损测定西安脉冲反应堆单棒燃料元件燃耗的方法。该法利用测定裂变产物^137Cs的活度．并进行相应的历史跟踪、校正计算、理论分析等得出燃耗值,同时也讨论了其它需要解决的关键技术。     

高通量工程试验堆燃料元件进一步加深燃耗研究

本文通过三维网程序对所选择的高通量工程试验堆参考堆芯作了三维计算，通过已知的实验结果论证了计算结果的准确性。从物理计算分析的角度看，ＨＦＥＴＲ元件在不超过最大燃耗为６７％这个限制值的提前下，盒平均燃耗限值可以由４５％和提高到５０％，同时元件的安全性能不变。     

西安脉冲堆反应性测量空间效应修正方法研究

反应性是反应堆重要的物理参数,在西安脉冲堆上增加反应性实时监测功能,能够为操纵员提供反应性实时大小和变化趋势,有利于其安全运行。逆动态方法以其实时性好、能测量任意反应性引入而被广泛应用于反应性测量,但由于控制棒的移动会导致中子注量率空间分布前后不一致,而出现偏差。本文对逆动态方法和静态空间效应因子进行了理论分析,给出了相应的计算方法;以西安脉冲堆为研究对象,使用蒙特卡罗（MCNP）程序计算了探测器三维空间的响应函数,同时计算了归一化节块功率密度,由此得到静态空间效应因子;最后在脉冲堆上进行了不同棒速下插控制棒实验,处理实验数据得到控制棒积分价值曲线。结果表明,进行空间效应修正是必要的,经修正后计算得到的控制棒价值曲线更稳定,计算结果与真实值误差更小。      

脉冲堆燃料元件设计引论

本文总结了脉冲堆燃料元件设计经验,论述了脉冲堆工作特点、燃料性能、燃料元件设计准则和设计内容,对脉冲堆燃料元件设计提出了指导性建议。     

西安脉冲堆辐射剂量监测

为了确保反应堆运行人员和公众的安全，西安脉冲堆设置了比较完善的辐射剂量监测系统。该系统包括固定式在线连续监测和便携式仪表及取样监测两部分，本文主要了固定式在线连续监测的监测,测点布置以及各监测仪的性能特点，并简要介绍了便携式仪表及取样监测中各仪表的性能与适用范围。     

西安脉冲堆的调试管理

介绍了西安脉冲堆调试管理的模式和特点。西安脉冲堆调试的日常活动由调试领导小组负责，对试验项目启动的控制主要采取“调试试验卡”制度。编制了调试所需技术性和管理性程序，明确了参加调试的各部门的职责，制定了调试活动的主要原则，试验过程中分别对试验时间、试验范围进行控制。     

基于精细燃耗历史及精细燃耗链的球床高温气冷堆燃耗不确定性分析

球床高温气冷堆的燃料管理具有燃料球多次通过堆芯的特点,使得燃料元件经历的燃耗历史十分复杂。球床高温气冷堆堆芯物理设计程序VSOP可以提供燃料元件的精细燃耗历史,但仅包含少量燃耗链和核素种类。而清华大学自主开发的燃耗计算程序NUIT可实现精细燃耗计算,且包含完整燃耗链和核素信息,但不具备精细燃耗历史跟踪功能。本文基于NUIT,结合VSOP提供的球床高温气冷堆精细燃耗历史,开发了球床高温气冷堆堆芯的精细燃耗计算功能,搭建了带有精细燃耗历史模拟和精细燃耗链核素的燃耗分析流程,并实现燃耗不确定性分析功能。在此基础上研究了裂变产额不确定性对球床高温气冷堆燃耗计算不确定性的贡献,并与VSOP的计算结果进行对比。计算分析结果显示,基于NUIT的精细燃耗计算结果和VSOP的燃耗计算结果得到了相互验证,且可以得到更多的核素浓度信息,该计算结果是开展球床高温气冷堆衰变热不确定性研究的基础。     

西安脉冲堆脉冲参数测量装置研制

介绍了我国自主研制的第一套商用脉冲反应堆脉冲参数测量装置（西安脉冲堆脉冲参数测量装置）的设计方案、系统组成、工作原理、技术特点和应用情况。该装置是西安脉冲反应堆主控室控制台的主要仪表之一，具有脉冲参数测量和堆保护功能。装置采用微电子和计算机技术，实现了对反应堆脉冲工况下堆功率变化、脉冲波形与多个参数的实时自动测量与显示，并在功率超限时向反应堆保护系统和报警系统发出信号。文中对装置的工作特性做了描述，并对现场调试和运行情况作了简要介绍。     

西安脉冲堆反应性引入事故瞬态安全特性分析

为研究西安脉冲堆（XAPR）在意外引入反应性且停堆系统失效事故下的瞬态安全特性,本文基于XAPR的结构和运行特点,建立了适用于XAPR的瞬态热工水力分析模型,并开发了用于XAPR安全特性分析的瞬态热工水力程序TSAC-XAPR。利用TSAC-XAPR程序对反应性引入事故进行模拟计算,结果表明：当XAPR在额定功率范围内运行时,发生反应性引入事故后,堆芯能依靠自身的固有反馈机制使脉冲堆重新达到稳定运行状态;当运行功率过高尤其是超过临界值时,反应性引入事故将导致脉冲堆关键热工水力参数发生振荡,无法再次达到稳态。此外,不同反应性引入方式将影响堆芯参数在反应性引入过程中的变化趋势,但并不影响其最终稳态值。     

Transient Safety Characteristic Analysis of Xi’an Pulsed Reactor during Reactivity Insertion Accident

In order to study the transient safety characteristics of Xi’an Pulsed Reactor (XAPR) when unexpected reactivity insertion accident happened and shutdown system failed, the main mathematical models were established based on the specific core structure and operation conditions of XAPR. Meanwhile, a transient thermal-hydraulic code called TSAC-XAPR was developed to analyze the safety characteristics of XAPR. The TSAC-XAPR code was then used to simulate the reactivity insertion accident of XAPR. The calculation results indicate that when XAPR operating under rated power, reactor can reach a new steady state for reactivity insertion accident, depending on its inherent feedback mechanism. When XAPR operating under high power, especially above the critical power, key thermal-hydraulic parameters of reactor will tend to oscillate and can’t reach a steady state again for reactivity insertion accident. Besides, it is also found that different reactivity insertion modes will only affect the variation trend during the phase of reactivity insertion instead of the final value at steady state.     

堆用蒙卡程序燃耗计算功能开发

堆用蒙卡程序(RMC)是由清华大学工程物理系REAL实验室自主开发的用于反应堆物理分析的中子输运蒙卡程序,本文主要介绍其燃耗计算功能的开发与验证。RMC的燃耗计算功能具有的特点:内部耦合ORIGEN,相比于外耦合方式,更加灵活和高效;使用基于能谱的单群截面统计方法,可在保证精度的前提下,显著提高计算效率;采取预估修正和中点近似等多种燃耗步策略,减小大燃耗步长时的计算误差。通过计算压水堆栅元、沸水堆组件、快堆等一系列基准题和算例,验证了RMC燃耗计算的正确性和速度优势。     

西安脉冲堆大空间中子辐照实验平台辐射场参数测量

西安脉冲堆于2010年建成了大空间中子辐照实验平台。本文介绍了该实验平台辐射场设计参数、辐射场测量方法和实测结果。采用蒙特卡罗方法计算了实验平台内中子初始谱。利用多箔活化法测量了中子能谱,解谱方法采用遗传算法,并与SAND-Ⅱ解谱方法进行了对比,对比结果较为一致,证明了遗传算法解谱的有效性。应用热释光剂量计测量了γ射线吸收剂量率。测量结果表明,该实验平台辐射场参数符合设计要求。     

基于蒙特卡罗方法的燃耗计算误差研究

基于蒙特卡罗方法进行燃耗计算时,随着燃耗加深,燃耗的计算误差逐渐增大。本文针对蒙特卡罗方法的燃耗计算误差进行研究,并采取修正措施改善燃耗计算的精度。结果表明：采用无偏差最小方差(UMV)修正可改善统计误差的传递效应,采用密度修正可保证蒙特卡罗输运计算的准确性,在此基础上局部优化燃耗截面库,进一步改善了燃耗计算的精度,为其工程应用奠定了基础。     

蒙特卡罗方法在CZT探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用

利用碲锌镉（CZT）探测器组成的γ谱探测系统是一种测量乏燃料组件燃耗的较有效的方法。本文利用蒙特卡罗方法,借助于Geant4软件包计算在两种测量方式、多个准直高度条件下组件中¹³⁷Cs和¹³⁴Cs的全能峰探测效率,对测量结果的正确评价分析具有一定意义。另外,采用偏倚抽样方法确定源粒子发射方向,极大提高了CZT探测器全能峰探测效率。     

Advanced Burnup Calculation Code System in a Subcritical State with Continuous-Energy Monte Carlo Code for Fusion-Fission Hybrid Reactor

The fusion-fission (FF) hybrid reactor is a promising energy source that is thought to act as a bridge between the existing fission reactor and the genuine fusion reactor in the future. The burnup calculation system that aims at precise burnup calculations of a subcritical system was developed for the detailed design of the FF hybrid reactor, and the system consists of MCNP, ORIGEN, and postprocess codes. In the present study, the calculation system was substantially modified to improve the calculation accuracy and at the same time the calculation speed as well. The reaction rate estimation can be carried out accurately with the present system that uses track-length (TL) data in the continuous-energy treatment. As for the speed-up of the reaction rate calculation, a new TL data bunching scheme was developed so that only necessary TL data are used as long as the accuracy of the point-wise nuclear data is conserved. With the present system, an example analysis result for our proposed FF hybrid reactor is described, showing that the computation time could really be saved with the same accuracy as before.     

改进弦长抽样方法开发及在弥散燃料蒙特卡罗模拟的应用

弥散型燃料广泛应用于高温气冷堆、事故容忍燃料、实验研究堆及核动力舰船等,是重要的燃料类型之一。弦长抽样(CLS)方法可简化弥散燃料几何建模,提高计算效率,然而传统CLS方法只能描述单种颗粒的填充,同时在高体积填充率时误差较大。针对CLS方法的两大问题,本文在自主化堆用蒙特卡罗程序RMC中开发了改进CLS方法,并应用于全陶瓷微胶囊封装燃料棒算例及含毒物颗粒的高温堆燃料球算例。计算结果表明,改进CLS方法可解决多种颗粒混合填充的问题,并且可保证体积填充率的准确性,为弥散燃料的临界及燃耗计算提供了高效、精确的方法。     

Development of Improved Chord-length Sampling Method and Its Application in Monte Carlo Simulation of Dispersion Fuel

Dispersion fuel is widely used in high-temperature gas-cooled reactor (HTGR), accident tolerant fuel, experimental research reactor, naval nuclear power plant and so on. The chord-length sampling (CLS) method can simplify the geometry modeling of dispersion fuel, which can improve the efficiency. However, traditional CLS can only handle the packing of single particle, and has large error when the packing fraction is high. Aiming to solve these two problems, the improve CLS method was developed in reactor Monte Carlo code RMC, and applied to the fully ceramic micro-encapsulated fuel pin case and HTGR fuel pebble with mixed fuel and poison particles. Results show that the proposed method can handle mixed particles with multiple types, and preserve the accuracy of packing fraction, which provide precise and high efficiency for the critical and burnup calculations.     

XAPR中破口失水事故下堆芯自然循环冷却能力的功能可靠性研究

功能失效是导致自然循环系统运行失效的重要因素,需在其可靠性分析中予以考虑。针对多维不确定性参数及小功能失效概率问题,提出了一种将改进响应面法及重要抽样子集模拟法相结合的功能可靠性分析方法。以西安脉冲堆（XAPR）堆池水自然循环冷却为例,结合中破口失水事故,考虑输入参数及模型的不确定性,对其进行了功能可靠性评估和灵敏度分析。结果表明：XAPR堆芯自然循环功能失效概率为3.796×10^-3,需充分考虑系统功能的可靠性。本文方法具有较高的计算效率,同时又能保证很高的计算精度,对XAPR堆芯自然循环非线性功能函数具有很强的适应性。