ADS靶堆耦合系统关键材料D-T中子积分实验研究

发布时间：2020-08-21 22:13

【摘要】：加速器驱动次临界系统(ADS)具有固有安全性、强大的嬗变能力、好的中子经济性,在嬗变核废料的同时,还能够输出能量,提高核燃料有效利用率,是安全处置乏燃料的最佳技术途径。中科院近代物理研究所新提出的基于颗粒流的ADS新型靶堆系统,中子学研究具有重要意义。ADS新型靶堆系统的中子学设计要求精确、可靠的中子学参数,目前这些中子学关键数据十分缺少,所以需要专门开展系统的中子学研究。本论文基于中国原子能科学研究院核数据国家重点实验室中子积分实验平台,开展了 ADS靶堆耦合系统中碳化硅、石墨、铀、聚乙烯等关键材料的中子学宏观检验基准实验。为了模拟中子与靶堆耦合系统内多层材料之间的相互作用过程,实验还测量了“钨-铀-石墨-聚乙烯”和“铀-石墨-聚乙烯”两种集成组合系统的泄露中子能谱。利用蒙特卡罗方法粒子输运程序MCNP对积分实验过程进行了模拟,对国际上主要的中子评价数据库CENDL-3.1、ENDF/B-Ⅶ.1、JENDL-4.0、JEFF-3.2、FENDL-3.0 以及 TENDL-2015 等进行了宏观检验,首次对中国CENDL-3.1评价数据库进行了宏观检验。论文工作首次利用飞行时间法分别测量了厚度为20cm的SiC样品在60°和120°方向以及2cm的SiC样品在60°方向的泄露中子能谱。对于20cm的SiC样品在60°方向的泄露中子能谱,在8 MeV以上,CENDL-3.1、JENDL-4.0、FENDL-3.0以及TENDL-2015的计算结果与实验结果符合得很好,在8 MeV以下,JEFF-3.2的计算结果与实验结果符合得很好。对于20cm的SiC样品在120°方向的泄露中子能谱,FENDL-3.0的计算结果与实验结果在整个1-15 MeV能量区间能够很好地符合。对于2cm的SiC样品,JENDL-4.0、CENDL-3.1以及FENDL-3.0的计算结果与实验结果在整个1-16 MeV能量区间能够很好地符合。石墨样品的尺寸和测量角度与碳化硅样品完全相同。对于石墨样品,CENDL-3.1、JENDL-4.0、FENDL-3.0 以及 TENDL-2015 的计算结果与实验结果能在整个1-15 MeV能量区间很好地符合。但在5-7 MeV能量区间,2cm石墨样品的计算结果与实验结果出现了较大地的偏差。FENDL-3.0数据库和TENDL-2015数据库中石墨的数据完全一样。实验分别测量了厚度为2cm和5cm的铀样品在60°方向的泄露中子能谱,对于2cm的铀样品,在10 MeV以上,TENDL-2015的计算结果与实验结果符合得很好,在 1 MeV 以下,ENDF/B-Ⅶ.1、JENDL-4.0 以及 FENDL-3.0 的计算结果与实验结果符合得很好。对于5cm的铀样品,JENDL-4.0的计算结果与实验结果能在1-16 MeV能量区间很好地符合。FENDL-3.0数据库和ENDF/B-Ⅶ.1数据库中铀的数据完全相同。首次测量了集成组合系统多层样品在60°方向的泄露中子能谱。对于集成组合系统“钨-铀-石墨-聚乙烯”和“铀-石墨-聚乙烯”,多层样品按照“铀,钨+铀,钨+铀+石墨,钨+铀+石墨+聚乙烯”以及“铀,铀+石墨,铀+石墨+聚乙烯”逐层叠加的方式建立集成组合系统。随着测量样品逐层叠加,计算值与实验值的偏差逐渐减小,比较“钨+铀+石墨”样品与“钨+铀+石墨+聚乙烯”样品的结果可知,在聚乙烯样品加入后,计算值与实验值的比值(C/E)已经接近于1。从中子能谱上还可以清楚地观察到中子与多层样品相互作用后次级中子被慢化和反射到低能区的过程。本论文完成了 ADS靶堆耦合系统关键材料的宏观基准检验,并给出了相应的结论和数据库选择推荐,为靶堆耦合系统设计的专用关键数据库提供了重要基础核数据。
【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】：TL50
【图文】：

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逦０．０５逡逑Ｔｉｍｅ邋［ｓ］逡逑图１．邋３堆芯Ａ－ｃｏｒｅ邋（图Ｕ）中ＢａＦ３和３Ｈｅ测量得到的瞬发中子和缓发中子行为逡逑（２）白俄罗斯的ＹＡＬＩＮＡ逡逑５逡逑

ｎ邋＿逡逑ｕ＼ｕ逡逑图１．邋５邋Ｇａｍｍａ－３装置的正面和侧面逡逑Ｑｕｉｎｔａ＾是一个５１２千克的天然铀金属靶装置，如图１．６所示。它由五部分逡逑组成，２－５部分是完全相同的六角铝容器，每个容器里面放置着６１根由５毫米厚逡逑的铝壳包裹住的圆柱形天然铀棒，如图１．７所示，其直径为３６毫米，长度为１０４逡逑毫米。而第一部分只有５４根铀棒，去掉的七根铀棒留出来一个直径８０毫米的圆逡逑柱形孔道作为束流的入射窗，如图１．邋７ａ所示。五个部分之间由５毫米厚的铝板逡逑隔开，铝板主要作为结构支撑。除此之外，如图１．６所示还安装了六块探测器平逡逑板，平板被固定在铝板上，方便根据需要进行准确地调节。全部的铀靶层长度达逡逑到６３８毫米，加上结构材料整个装置的重量为５３８千克。在这个装置上，利用几逡逑个ＧｅＶ的氘束与靶相互作用

【参考文献】

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本文编号：2799915