能谱变化对活化法中子注量测量的影响

在反应堆中子注量测量中,活化探测器可能会经历多个燃料循环的中子辐照,不同燃料循环的中子能谱也会发生变化。考虑到中子能谱变化的影响,对某批次国产反应堆压力容器辐照材料进行中子注量测量修正。计算结果表明,探测器权重快中子注量率（E＞1.0 MeV）修正后比理论中子注量率（E＞1.0 MeV）高1.75%;与修正前相比降低了3.73%,中子能谱变化的影响不容忽视。      

活化法测量CFBR-II堆中子注量和中子能谱

采用活化法研究了CFBR-II堆中子能谱、中子注量分布和辐照样品对中子场的扰动。建立了用于求解中子能谱的SAND-II解谱程序。对实验结果的分析表明,活化法得到的中子注量率与裂变室得到的结果是一致的,辐照样品对中子能谱有一定的软化。     

活化法测量CFBR-Ⅱ堆中子注量和中子能谱

采用活化法研究了CFBR-Ⅱ堆中子能谱、中子注量分布和辐照样品对中子场的扰动。建立了用于求解中子能谱的SAND-Ⅱ解谱程序。对实验结果的分析表明，活化法得到的中子注量率与裂变室得到的结果是一致的，辐照样品对中子能谱有一定的软化。     

HFETR辐照孔道中子特性研究

采用蒙特卡洛(MCNP)程序对辐照孔道中子特性进行研究,包括各辐照孔道E1.0 Me V时的中子注量率(φE1.0 Me Vf(29))与E0.625 e V时的中子注量率(φE0.625 e Vf(29))的比值k,辐照孔道阳面、阴面样品中子注量率比值,辐照孔道样品最佳布置高度。研究结果表明:高通量工程试验堆(HFETR)辐照孔道k值随轴向和径向变化不同,但平均变化程度一致;9#孔道阳面、阴面材料快中子注量率比值达1.43,而G7、K11孔道阳面、阴面材料快中子注量率比值相对较小,分别为1.21和1.18。综合考虑,对于P15孔道,辐照试验段样品布置区的高度可达500 mm;对于9#孔道,样品布置高度可适当增至600 mm。     

可逆比热容法测量反应堆中子注量率的可行性及应用前景

热分析仪器和测量技术的迅速发展为通过测量受辐照材料热性质的变化测量中子注量提供了可能。本文提出采用调制差示扫描量热（MDSC）法测量反应堆辐照的含硼材料可逆比热容的变化,进而得到反应堆的中子注量率。从理论和实验两方面讨论了利用该方法测量反应堆中子注量率的可行性。介绍了可逆比热容法测量反应堆中子注量率的原理和实验方法。展望了这种测量方法在测量高注量反应堆中子注量率的应用前景。     

HFETR材料辐照精细中子注量率谱研究

采用蒙特卡洛程序(MCNP)模拟计算高通量工程试验堆(HFETR)典型辐照孔道内样品精细中子注量率谱,包括轴向、径向中子注量率谱及172群中子能谱,分析其特点和变化规律,同时比较辐照孔道填充不同材料时的中子能谱。结果表明:不同孔道辐照相同材料及同一孔道辐照不同材料时,所得的能谱分布趋势和特点比较一致。在高能区,中子能谱近似为于裂变中子谱分布;在慢化能区,近似为费米谱分布;而在热能区,近似为麦克斯韦谱分布。     

中子大气传输特性的Monte Carlo 模拟

用Monte Carlo方法计算了中子通过大气传输到不同高度轨道探测器的中子注量和能谱。研究结果表明：到达不同轨道的中子的能谱结构相同．因此中子能谱的基本结构在大气传输过程中保持不变;在保持能谱基本结构不变的前提下．随中子的传输．其低能中子份额在缓慢增大,高能中子份额在缓慢减小;大气中的中子注量超过了自由空间中相应的中子注量;能谱及注量的研究结果同时证明了中子的大气传输主要受散射机制而不是吸收机制所控制。     

中子辐照注量对单晶硅中缺陷退火行为的影响

用正电子湮没寿命和多普勒加宽测量研究了不同注量中子辐照的氩气氛区熔单晶硅中缺陷的退火行为，发现不同中子注量辐照时，辐照致空位型缺陷的退火行为十分类似，并均在５５０℃时退火消除；但辐照致双空位浓度、二次双空位和四空位型缺陷的产生、浓度和消除温度很不相同。简单陷阱模型不适用于５００℃以下退火的离中子注量辐照的单晶硅，但能部分适用于中等注量辐照的单晶硅。     

HT-7超导托卡马克上时间分辨中子注量率测量

本文介绍了HT 7超导托卡马克上的时间分辨中子注量率测量系统。在高参数放电状态下,计算得到中子产额在108 s-1量级,在靠近装置边上的中子注量率处于 102 cm-2 ·s-1 量级,因此,选择 BF3正比计数管作为探测器。经过多次实验,测量系统运行稳定可靠,测量得到的中子注量率和估算得到的中子注量率在误差范围内一致。     

HFETR辐照石墨材料中子注量验证试验

钍基熔盐堆石墨材料辐照考验目标为:中子注量为5×10~(20)cm~(-2)(±15%)(E>0.1 Me V),堆内辐照试验温度650℃(允许偏差±50℃)。为了满足辐照考验要求,在高通量工程试验反应堆(HFETR)第92-I炉的K07孔道进行辐照验证试验。该验证试验辐照装置采用分段构成的型式,主要由辅助密封段、辐照试验段、气管组件3部分构成,辐照罐外围为去离子水,辐照罐内为惰性气体用于控制辐照试验温度。使用MCNP程序对各样品中子注量进行预示计算,同时在辐照装置阳面和阴面都布置了探测器进行中子注量测量。试验表明:在辐照试验过程中,在辐照装置调气系统最佳导热模式下辐照温度略高于上限700℃;利用MCNP程序预示计算中子注量结果为5.7×10~(20)cm~(-2)(E>0.1 Me V),而中子注量测量结果为4.83×10~(20)cm~(-2)(E>0.1 Me V),基本满足石墨材料辐照考验中子注量要求。     

含钆中子屏蔽材料的设计及其力学性能分析

设计了一种具有良好中子屏蔽能力、高强度及高韧性的新型中子屏蔽材料,用于吸收核电站乏燃料储存格架和乏燃料运输过程中的热中子辐射。材料通过蒙特卡罗粒子传输(输运）软件MCNP进行设计,并通过放电等离子烧结设备及热轧的方式制成了板材。MCNP模拟结果及材料热中子屏蔽测试结果表明：铝基Gd₂O₃复合材料的热中子屏蔽性能与铝基碳化硼相当。Gd₂O₃颗粒球磨后呈现μm、亚μm级甚至有些颗粒达到了nm级。随球磨时间的增加,材料的力学性能逐渐增强。X射线衍射检测发现了钆-铝合金相的生成。经TEM分析表明：材料的强化机制主要是位错强化和nm级Gd₂O₃颗粒的弥散强化,拉伸强度和伸长率分别达到了240 MPa和16%,其断口主要为韧性断裂。     

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。     

Characterization of neutron field in the experimental fast reactor JOYO for fuel and structural material irradiation test

The experimental fast reactor JOYO has been operated as an irradiation test facility for fast reactor fuel and structural material since 1983 with its MK-II core. During this time, an extensive study was conducted to characterize the neutron field in order to assure the accuracy and reliability of neutron fluence. Neutron flux for a given irradiation test was calculated using a core management code system based on three-dimensional diffusion theory. It was then corrected with the adjusted neutron spectrum by means of the multiple foil activation method. The neutron fluence calculation accuracy in the fuel region was evaluated within a 5% error by comparing the burn-up of spent fuel with the measured values, which had been obtained from their post-irradiation examination. At positions away from the fuel region, the neutron flux distribution was calculated using a two-dimensional transport code. A Monte Carlo code was also used to analyze the detailed neutron flux distribution within an irradiation test subassembly that had a heterogeneous internal structure. With the neutron flux results various irradiation parameters, such as displacement per atom (dpa) and helium production, could be evaluated. A helium accumulation fluence monitor has been developed to measure not only neutron fluence but also helium production. Neutron flux and fluence obtained from the core management calculations were compiled as a database for users’ convenience together with related irradiation information and fuel subassembly material compositions. These data are expected to be widely used in the post-irradiation analysis of fuel and structural material.     

中子辐照对耐事故燃料FeCrAl合金力学性能的影响研究

FeCrAl合金具有良好的抗高温氧化和力学性能,能够作为燃料包壳材料。为研究FeCrAl合金的辐照力学性能,开展了不同元素成分含量和2×1019 cm?2、8×1019 cm?2 2种中子注量辐照下的FeCrAl合金力学性能试验,并在室温和380℃下测试了FeCrAl合金的拉伸性能,获得了不同Cr和Al含量FeCrAl合金的抗拉强度和屈服强度,并研究了Al含量、Cr/Al含量配比及中子辐照对FeCrAl合金力学性能的影响。研究表明,FeCrAl合金强度随着Al含量增加大致呈增加趋势;经2×1019 cm?2中子辐照后,FeCrAl合金强度有较大提升;再经8×1019 cm?2中子辐照后,FeCrAl合金强度升高不明显。该研究结果为耐事故燃料（ATF）包壳材料的研发选型提供了重要的数据支撑。      

HFETR裂变中子转换器设计

为提高高通量工程试验堆(HFETR)局部快中子注量率,裂变中子转换器采用以含7%Mo的高裂变密度UMo合金作为燃料芯体的十字形燃料棒。转换器内62根燃料棒以三角点阵布置于63 mm外套管和24 mm内套管间,中心区域为20 mm的辐照孔道。采用蒙特卡罗计算表明,该转换器内辐照样品的快中子（E>1 MeV）注量率可达3.34×10¹⁴cm^-2•s^-1,较堆芯相同位置不放置转换器时高约40%。在HFETR设计流速和压力下,利用ANSYS/CFX程序分析得到,转换器最大允许功率可达2.4 MW,燃料棒芯体最大功率密度为8.007 kW/cm³。此时,燃料棒包壳温度为193.6 ℃,能满足HFETR的热工要求,不会产生流动不稳定。     

14 MeV快中子照相准直屏蔽系统的设计与优化

基于强流氘氚中子源科学装置HINEG设计了一套快中子照相准直屏蔽系统。采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC和ENDF/B-Ⅶ.0数据库计算了准直中子束的中子能谱及注量率、γ射线能谱及注量率、直射中子注量率与γ射线注量率比值（φ_d/φ_γ）、直射与散射中子注量率比值（φ_d/φ_s）、准直束中子注量率的不均匀度等特性参数,并采用MCNP5程序进行了对比验证。研究了准直屏蔽系统的内衬材料、尺寸等对特性参数的影响规律,并通过优化获取了最优设计方案。计算结果显示,在同等计算条件下,SuperMC计算结果与MCNP计算结果相对偏差小于1%,准直屏蔽系统的φ_d/φ_γ为50.1,φ_d/φ_s为5.7,在Φ30 cm视野范围内的中子注量率为4.80×10⁷ cm^-2•s^-1,其中直射中子注量率为4.09×10⁷ cm^-2•s^-1,中子注量率不均匀度为5.8%,满足快中子照相对准直束特性参数的要求。     

乏燃料燃耗与中子发射强度的关系

对辐照过的低富集氧化铀燃料的燃耗与中子发射强度间的关系进行分析和研究。计算了不同初始富集度、不同燃耗、不同冷却时间的乏燃料的中子发射强度,经分析,证实了燃耗与中子发射强度间存在的幂函数关系,并对影响幂函数关系的各种因素进行了研究。发现幂函数关系中的系数受初始富集度、冷却时间、燃耗范围的影响;如果冷却时间大于2a,这个关系不受辐照历史的影响;如果冷却时间小于2a,这个关系受辐照历史的影响。     

光敏晶体管的中子位移损伤效应研究

通过开展光敏晶体管的反应堆中子辐照实验,获得位移效应实验结果,并分析位移损伤机理。研究发现,在3×10¹¹~5×10¹²cm^-2中子注量范围内,光敏晶体管增益和光响应度的下降导致集电极输出电流下降。增益的倒数与注量的增加呈线性关系,注入电流越大,线性关系的斜率越小。理论分析表明,通过提高基区掺杂水平或减小基区宽度,可提高增益的抗辐射水平;不同反向偏置电压下的初级光电流辐照前基本相同,随着辐照注量的增大,差异逐渐增大,反向偏置电压越大,初级光电流的退化越小;通过采用PIN结构或加大反向偏置电压来展宽耗尽区以减少受位移效应严重影响的扩散电流份额,可提高初级光电流的抗辐射水平。与PIN光电二极管不同,本实验注量范围内,光敏晶体管的暗电流随注量的增大而减小。     

医院中子照射器中子束流出口处热中子注量率的测量

医院中子照射器是基于微型反应堆而设计的专门用于硼中子俘获治疗（BNCT）的核反应堆装置,其额定功率为30 kW。在堆芯相对两侧分别设有一条热中子束流和超热中子束流用于病人照射,在热中子束流内引出一条实验用热中子束流,用于瞬发γ法测量病人血硼浓度。本工作利用²³⁵U裂变靶和白云母探测片测量了热、超热和实验用热中子束流出口处的热中子绝对注量率。结果显示,在30 kW额定功率运行时,热、超热和实验用热中子束流出口处的热中子注量率分别为1.67×10⁹、2.44×10⁷和3.03×10⁶ cm^-2•s^-1。以上结果达到了BNCT设计要求,并能满足瞬发γ测量血硼浓度的要求。     

Application of Fusion Neutron Source for Denaturing of Plutonium

Potential of DT fusion neutron source to enhance proliferation resistance properties of plutonium by means of its isotopic denaturing is addressed. The approach is exemplified by denaturing of pure ²³⁹Pu and plutonium of typical LWR spent fuel through transmutation of neptunium. The essential feature of a fusion driven system proposed in the study is a zero mass balance of plutonium: total plutonium inventory is constant during irradiation. The system is capable to convert pure ²³⁹Pu into plutonium composition with more than 20% fraction of key ²³⁸Pu isotope during 1,000 d of irradiation under initial neutron loading of 1 MW.m^?2. Denaturing of LWR spent fuel plutonium under the same conditions would increase its ²³⁸Pu content up to 10-12%.