ADS次临界系统“启明星1#”裂变率分布研究

论文摘要

ADS(加速器驱动的次临界系统)被国际核能界广泛认为是嬗变长寿命高放核废料的最强有力工具,国际原子能机构把它列入新型核能系统中,称之为“新出现的核废物嬗变及能量产生的核能系统”。ADS主要包括中能强流加速器、金属靶、次临界反应堆等,系统依靠加速器加速高能质子与重靶核发生散裂反应产生大量中子,散裂中子作为外中子源驱动次临界反应堆,使次临界反应堆在一定功率下稳定运行。ADS既可以嬗变核废物特别是次锕系核素和长寿命裂变产物,又可产能供给电力系统。不论嬗变核废物还是产能,都与次临界反应堆系统的中子注量率和功率密度分布有关,它们的分布情况又可用次临界反应堆的裂变率分布来反映。在不考虑燃料燃耗的情况下,次临界反应堆系统的有效倍增因子keff一经确定,裂变率分布仅与外中子源强度、能量以及位置密切相关。研究次临界反应堆外中子源的变化对裂变率分布的影响,对ADS系统性能优化和有效利用至关重要。论文首先利用蒙特卡罗MCNP程序对我国ADS研究建立的第一座快热能谱区耦合次临界实验装置—“启明星1#”进行了裂变率分布的详细计算分析。分析了外中子源强度、能量以及位置变化的裂变率分布情况。根据裂变率的分布规律,优化了实验测量裂变率分布方案,合理布局探测器位置。然后,使用固体核径迹探测器对252Cf中子源驱动的“启明星1#”热中子能谱区开展了尝试性裂变率分布实验测量研究,确定了固定外中子源源强和能量的热中子能谱区的裂变率分布,验证了固体核径迹探测器在ADS中子学应用研究中的可行性。同时,为下一步实验研究不同外中子源强度、能量以及位置变化对快中子能谱区的裂变率分布奠定了技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 加速器驱动次临界核能系统
• 1.3 论文主要研究工作
• 第二章 ADS次临界反应堆物理研究进展
• 2.1 概述
• 2.2 ADS次临界反应堆的中子余额与临界堆比较
• 2.3 国际上ADS次临界反应堆物理研究概况
• 2.4 国内ADS次临界反应堆物理研究进展
• 第三章 "启明星1#"上的裂变率测量
• 3.1 "启明星1#"次临界实验装置
• 3.2 "启明星1#"裂变率测量的物理意义
• 3.3 固体径迹探测器测量裂变率
• 3.3.1 固体核径迹探测器测量裂变原理
• 3.3.2 固体径迹探测器
• 3.3.2.1 固体核径迹探测器的工作原理
• 3.3.2.2 固体核径迹探测器的特性
• 3.3.3 固体核径迹探测器的探测效率
• 第四章 蒙特卡罗方法计算"启明星1#"裂变率
• 4.1 MCNP程序简介
• 4.2 MCNP计算"启明星1#"堆芯裂变率
• 4.2.1 计算方案
• 4.2.2 计算结果及分析讨论
• 第五章 "启明星1#"热中子能谱区裂变率分布实验测量
• 5.1 固体径迹探测器探测效率和裂变碎片自吸收修正因子的测量
• 5.2 实验测量点布置
• 5.3 实验数据处理与分析
• 第六章 总结
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 致谢