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。     

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。     

跳源法在ADS中子学研究中的应用

简要介绍了跳源法在ADS中子学研究中测量次临界度的原理、外源驱动的次临界中子学的实验装置、堆芯布置及中子源驱动系统。主要研究了^252Cf中子源在堆芯不同轴向位置、模拟质子束管和散裂中子靶件处不同缓冲区材料对Keff的影响。实验结果与其它实验方法的结果进行了比较，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。     

快中子临界装置逆动态法反应性测量系统研制与应用

逆动态法可实时、准确地测量反应性,在反应性部件刻度、扰动反应性效应测量、动力堆的瞬态分析等领域具有独特的优点。本文基于逆动态法研制了快中子临界装置反应性测量系统,并对其进行了算法验证与指标分析。实验结果表明,该系统具有测量精度高、响应快、分辨率高、使用方便等优点,满足实验需求。     

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。     

用于ADS次临界反应堆Keff测量微电流放大器的设计

设计了一种基于噪声分析方法,利用反应堆堆芯中子涨落特性测量加速器驱动洁净核能系统（Accelerator driven system,ADS）次临界反应堆动态参数的微电流放大器,并且根据需要设计了微电流源,运用Protel实时电路仿真工具对放大器进行仿真调试,使其达到设计要求。     

脉冲源法测量系统次临界度的进一步分析

脉冲源法是确定反应堆次临界度的一种方法,实际应用中,其适用性与脉冲源的时间特性相关。用解析方法推导了脉冲源的后沿时间波形对诊断次临界系统中子学时间常数本征值的影响,并用数值计算进行了验证,明确了脉冲源法诊断次临界系统中子学时间常数时所需满足的外源条件。结果表明,在目前研究关心的时间尺度范围内,脉冲源法适用的目标诊断量的要求是外中子源的时间衰减深度一定要深于装置的次临界度。     

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。     

内生脉冲源法测量次临界度

在轻水慢化和重水慢化零功率反应堆上,使用内生脉冲源法测量了次临界度,并与脉冲源法进行了比较,在—7β范围内,两者在误差范围内符合。测量方法采用给定时间间隔内的计数法。     

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。     

基于单通道模型的ADS堆芯物理热工耦合计算

利用单通道模型,开发了铅铋冷却加速器驱动次临界系统(ADS)堆芯组件温度和密度分布的热工计算程序,并将该程序与MCNP耦合,建立了物理热工耦合计算方法。利用该方法计算了耦合后的功率及热工参数。结果表明,堆芯组件温度及冷却剂流速满足热工安全限值,堆芯径向功率不均匀系数较大,堆芯设计需进一步优化。     

中子活化法标定反应堆临界装置相对功率

介绍了利用中子活化法标定临界装置相对功率的方法。该方法可以标定临界装置的运行功率限值,并利用实验结果对MCNP程序的计算结果作校核分析,推测出最大功率以下任一功率指示值所对应的临界堆芯内平均绝对中子通量密度,对反应堆安全运行有重要意义。     

IAEA中子学(stage-1)基准的计算(二维离散坐标方法)

为开展ADS系统的中子学设计研究,选择和建立了一套基于离散坐标方法的计算软件。采用IAEA基准题对该软件系统进行了检验。在此过程中,了解和完善了对该软件系统的使用。该文对于起始时刻(BOL),对基准问题作了包括Keff,所需散裂中子源源强,功率密度分布,能谱指标分布和空洞效应等计算。对燃耗过程计算了各个核素(锕系元素和裂变产物)核密度的时间、空间分布。计算结果用表格和图表示。结果与国外的计算基本相符。结论认为这套软件系统可用于ADS系统的优化设计研究。     

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。     

60 Co单源照射装置的蒙特卡罗方法优化设计

参考辐射是辐射剂量监测仪器校准工作必备的条件, 60 Co单源照射装置是产生参考辐射场的重要设备。本文利用蒙特卡罗方法对 60 Co单源照射装置产生的辐射场的均匀性和散射辐射进行模拟计算,完成照射装置中散射腔、准直光阑和快门体等部分的设计并利用PTW电离室对辐射场进行测量。结果表明,辐射场中散射辐射和均匀性与模拟结果符合较好,满足设计要求。     

MA含量对ADS堆芯动力学参数的影响研究

有效缓发中子份额（β_eff）、平均中子代时间（Λ）和反应性反馈系数（α）是核反应堆动力学中至关重要的参数。本文采用蒙特卡罗方法计算了加速器驱动的次临界系统（ADS）堆芯的动力学参数,并分析了次锕系核素（MA）装载量对这些参数的影响。通过在燃料中添加不同含量的MA,来研究其对ADS堆芯动力学参数的影响。结果表明,当MA在燃料中的含量从0%增加到5%时,β_eff和Λ的值分别降低了18%和31%,多普勒反馈系数平均值α^-D由-0.56 pcm/K变化到-0.36 pcm/K,冷却剂反馈系数平均值α^-C由-2.11 pcm/K变化到-1.73 pcm/K。     

符合效率外推法绝对测量131Xem活度

放射性气体氙是全面禁止核试验条约组织重点关注的监测对象,准确测量放射性氙的活度是其中的难点之一。本文详细介绍了β-γ符合效率外推法测量放射性核素活度的原理和方法,使用该方法绝对测量了¹³¹Xe^m活度,测量不确定度为0.3%(k=1)。根据外推法原理推导了参数法测量¹³¹Xe^m活度的计算公式,外推法与参数法活度结果相差2.0%。实验中同时用HPGe γ谱仪对¹³¹Xe^m进行了活度比对测量,其结果与符合外推法测量结果相差2.7%,二者结果在置信水平(k=1)区间范围内一致。以上结果表明,β-γ符合效率外推法显著提高了¹³¹Xe^m活度测量的准确度。