CFBR-Ⅱ堆中子引发持续裂变链概率的实验验证及分析

发布时间：2020-10-17 07:57

　　 中子引发持续裂变链的概率(简称中子引发概率)是研究超瞬发临界时中子裂变链随机涨落特性的一个重要特征参数,在脉冲堆的运行安全和事故预测、工程应用等方面具有重要的应用价值;脉冲堆引发概率实验可以直接检验中子引发理论及浅超临界下的中子引发概率值,也可为验证随机模拟计算程序的算法及参数提供检验数据。根据中子引发概率输运主方程得到了定态、浅超瞬发临界时中子引发概率的函数表达式,建立了脉冲源引发概率的理论计算表达式;根据中子随机涨落平衡主方程得到了点模型中子引发概率方程,分析了引发概率与中子数涨落的内在关系;阐述了脉冲堆在弱源条件下脉冲引发时间随机涨落的理论基础、以及引发时间分布的方程表达式;对二阶近似的影响和点模型的适用性进行了分析讨论。这些理论研究结论为后续实验和点模型模拟奠定了理论和方法基础。获得了 CFBR-Ⅱ堆的中子动力学参数、缓发中子参数、脉冲棒效率曲线、自发裂变源基模等效强度(454s-1)、以及脉冲实验的系统定向差和反应性不重复性等数据;阐述了实验相关测试技术及测量原理,给出了测量的不确定度、方差、时间延迟等数据。介绍了点模型的随机模拟算法、物理模型和程序流程,并用文献发表的球形高浓铀数据、Godiva-Ⅱ和Caliban堆的实验数据和文献模拟结果对模拟程序和参数进行了验证。利用该模拟程序和Godiva-Ⅱ和Caliban堆各自的基模源强度计算分析表明:Godiva-Ⅱ堆的模拟计算引发时间均值相比实验结果略偏大30%,引发时间分布基本符合,但Caliban堆的模拟计算引发时间均值相比实验结果偏大近1倍;脉冲引发前缓发中子强度会急剧增大,包含内源和缓发中子源得到的平均中子引发概率与理论结果是符合的。建立了 CFBR-Ⅱ堆内源引发脉冲实验的实验条件,获得了反应性及引发时间的实验数据结果;模拟计算进一步分析表明:反应性斜增近似、反应性加入时间的涨落对引发时间的影响基本可忽略;模拟的引发时间分布和实验结果基本一致,模拟得到的引发概率均值(2.81 E-4)与理论结果(2.85E-4)是符合的;根据系统内源强度变化曲线得到了引发时间分布表达式,该时间分布与模拟结果和实验结果是符合的。建立了外脉冲源注入CFBR-Ⅱ堆实验验证中子引发概率的基本原理及验证方法,建立实验布局条件,固化了对应参数状态,完成了预备实验、首次验证实验和再验证实验;分析得到环境散反射对等效注入源强的贡献为24.6%,完成了实验不确定分析;首次验证实验和再验证实验的引发概率分别为0.344(1±27.6%)和0.766(1±14.7%),与考虑散反射贡献后理论结果(0.334和0.765,不确定度均为16.2%)符合;随机模拟结果与理论计算结果和实验结果也是符合的。实验结果直接验证了 CFBR-Ⅱ堆对应状态下的中子引发概率。提出了次临界外源注入的引发概率实验方法、建立了相应实验布局和测试技术条件、确定了正式实验的参数状态。完成了 134发脉冲实验,获得了实验输入输出目标量的统计数据,脉冲在反应性完全加入前的引发概率为0.804,测量的阶跃功率数据表明环境散反射贡献使实际注入堆芯的等效中子强度增大23%。模拟计算表明:零时刻反应性和反应性加入时间的涨落对实验结果的影响均小于5%;考虑散反射贡献后的模拟结果(0.739)与实验结果(0.804)符合较好;结合模拟得到的缓发中子强度曲线得到的引发时间分布曲线和实验结果、随机模拟结果基本符合。实验结果进一步验证了随机模拟程序的核心算法和变反应性过程的计算可靠性。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：O571.5
【部分图文】：

并用标准高浓铀球模型、设定的时间间隔参数和终态边界条件计算比较了动态和??静态计算中子引发概率的差异（图１），以及一个假想的动态瞬发临界事故场景下（随时??间改变高浓铀的同位素丰度）中子存活概率在定态与动态计算条件下的差异（图２）［２５］。??此方法己加入ＰＡＲＴＩＳＮ程序中进行了初步测试。??１?＃－??—■?ｉｒ＊？ｉ?６６０＾１???ｉｒ〇ｉ．ｉＲ＞９〇ｎｖ〇？ｖｒ??ＯＪＳ?￣?ｉｒｏ＜＞＇Ｓｂ〇Ｋ＾Ｊ?？ｎ？??

在２００９年１０月，美国辐射安全信息中心主任Ｋｉｒｋ女士在一次国际会议上做了关??于中子输运程序研宂进展的报告，其中指出ＭＣＮＰ程序未来将在五个重要方面开展工??作，其中包括中子引发概率计算（图５）。??Ｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙ?Ｅｆｆｏｒｔｓ?：續Ｒ＆Ｄ?Ｔｏｐｉｃ??＇Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ＂?ｔｏｒ?ＨＴＧＲ？?Ｆｕｅｌ??ｋ？ｒｎ？＜?（ｈ？ｐ＜？ｃ＊ｄ?ｒａｎｄｏｍｌｙ?ｌａｔｌｉｃ＊??ｅｌｅｍｅｎｔ?ｅ？ｃｈ?ｌｉｍ？?ｔｈａｔ?ｎｅｕｔｒｏｎ?ｅｎｔｅｒｓ??？?Ｒｅｌａｔｉｖｅ?Ｅｎｔｒｏｐｙ?Ｏｆ?Ｆｉｓｓｉｏｎ??Ｓｏｕｒｃｅ?Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??？?Ｄｏｍｉｎａｎｃｅ?Ｒａｔｉｏ?〇ｕＴ????？?Ｇｏｄｉｖａ?ｃｅｎｔｒａｌ?ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ??？?Ｂｅｔａ－Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?〇ｕ?，￣＾?２７４１ｅｎｉ??？?Ｓｏｕｒｃｅ?Ｓｈａｐｅ?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｎ?广，￣??Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ?—…?Ｘ?〔?＾‘办御广伽。??？?Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ?ｔ?１?＇２?ｌ?＼?Ｐｅｒｔｉｂ＾ｉ?ｙｊｃ?ｊ?＞？？ｎｐ—＊＊?．??Ｉ６，＃??ｓ?〇〇＊??０Ｍ?ｙ?＾?ｍｊ？ｎｐ??Ｚｚ＂＂?＞?ｄＡｄ．〇Ｎｔｅ＞＃＊ｄＭｆｂａ?ｉｏｎ??〇Ｍ??？?Ｍ?＊．１０?０Ｍ?０Ｊ０?￥?４９?０＊０??Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ?ｄｔｎ？Ｎｙ?ｃｈａｎｇｅ??图５?ＭＣＮＰ计算功能的扩充??在２０１０美国核学会年会上Ｒｉｓｍｇ介绍了?ＭＣＮＰ计算引发概率的方法和进展

算思路与Ｍｅｒｃｕｒｙ计算思路是一致的，即中子输运过程的真实随机模拟加上代中子数阈??值截断的判定方法；该方法的验证采用了一个平板模型，讨论了引发判定阈值高低对计??算结果的影响，其计算结果与确定性数值计算结果是吻合的（图６）?Ｗ］。??５??
【参考文献】

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本文编号：2844508