聚变堆停堆剂量率分析方法和应用研究

发布时间：2020-06-14 15:23

【摘要】：在聚变装置中,对放射性核素活度、衰变热、光子剂量率等活化问题的分析是屏蔽设计中不可或缺的研究环节。目前,对于活化问题的计算通常采用中子输运和辐照输运的三维耦合方法,技术路线比较成熟;但对装置停堆后光子剂量率的计算,还需要作光子输运,计算过程较为复杂。现有的停堆剂量率计算主要有两种接口程序,即严格两步法(R2S)和直接一步法(D1S)。R2S计算准确,但比较耗时;而D1S计算快速,但结果误差较大。因此,本文开发了一种新型快速准确的停堆剂量率程序。在新方法中,全面考虑聚变装置复杂的运行、停堆方案以及中子辐照背景,建立单能中子通量和活化问题之间的近似线性关系;通过修改MCNP源程序,引入中子和衰变光子联合输运计算的思想,开发了全新的、快速精确的停堆剂量率计算程序NASCA。该程序通过欧洲联合环(JET)基准计算,与JET实验值以及R2S和D1S的计算结果做出对比,验证了其在聚变装置停堆剂量率计算上的可行性、准确性和高效性。同时,新程序还被应用于欧洲聚变验证堆(DEMO)氦冷球床包层(HCPB)的活化和剂量率计算。论文详细阐述了 HCPB中结构材料的杂质核素对活化水平的影响以及几何结构对计算精度的影响;分析了 HCPB包层放射性活度和衰变热水平、中子倍增剂铍中杂质铀由于中子辐照产生的钚的存量。利用NASCA程序对DEMO整体剂量率水平作出计算,并与R2S方法的计算作对比,再一次验证新程序计算停堆剂量率的准确性和高效性。基于单能中子通量和活化之间的线性关系,本文对中国聚变工程实验堆(CFETR)氦冷陶瓷包层(HECLIC)进行活化分析。分析结果将为HECLIC包层废物后处理方案的制定以及停堆后余热排出系统的设计提供可靠的数据支撑。最后,本文总结了新程序的开发、在JET上的验证、以及在DEMO和CFETR堆上的应用分析。新程序能够为未来聚变堆的屏蔽设计提供可靠有效的计算工具。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL63

【参考文献】