16N辐射监测中探测效率因子的蒙特卡罗模拟计算

摘要

蒸汽发生器是压水堆核电站或核潜艇中连接一、二回路的关键设备。蒸汽发生器传热管由于内外压差很大,容易破损而造成泄漏事故。根据国家核安全局和船用核动力装置设计的有关规定,我国核电站或核潜艇必须限制蒸汽发生器传热管的泄漏率,必须对蒸汽发生器传热管这类一级核安全设备实施在线监测。
　　16N监测法是当今对蒸汽发生器传热管进行破损监测的最先进的方法。16N监测系统最先由法国电力公司于1983年研究开发成功。目前,我国秦山核电站和大亚湾核电站均从法国进口并装备了该监测系统。中国核工业建设集团公司也曾研制过用于援建巴基斯坦恰希玛30万千瓦核电站蒸汽发生器传热管泄漏的16N监测装置。但是我国船用核动力装置蒸发器传热管破损监测还沿用传统的监测方法,无法定量监测传热管破损当量。我国船用核动力装置由于反应堆设计及运行参数不同且环境条件差异较大,无法直接使用进口设备。因此,研究开发适用于船用核动力装置的16N监测系统及泄漏率传输系数的计算方法,对提高船用核动力装置运行的安全性具有工程实用意义。
　　16N监测法测量结果的精确度与16N从蒸汽发生器传热管泄漏处到主蒸汽管道内的传输情况密切相关,它涉及三项关键技术问题:(1)精确测定16Nγ辐射计数率n;(2)确定γ探测器对主蒸汽管道内16N的探测效率因子K;(3)确定16N从泄漏点到γ探测器所在位置的传输时间t。本文研究的主要内容是解决第二项关键技术。
　　关于探测效率因子K,其实验测定相当困难,但是其理论计算又是一个复杂的三维随机统计性问题,因此最适合采用蒙特卡罗方法模拟计算得到。本文结合实际问题和蒙特卡罗方法本身的特点建立了两种简化程度不同的模型,而且每种模型均采用直接处理和间接处理两种方式演算。其中,一般模型利用MCNP4C通用蒙特卡罗程序编写输入卡文件实现,最简化模型应用VC++6.0自行开发蒙特卡罗程序代码实现。最后的计算结果表明:基于最简化模型的VC++6.0程序比基于一般模型的MCNP4C程序的计算速度要快得多,同时采用间接处理方式比采用直接处理方式大大缩短了计算时间,而且各种计算结果均较好地与文献资料吻合。

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第一章 绪 论

1.1 国内外研究概况、水平和趋势

1.2 16N监测法的基本原理及关键技术

1.3 关于传输系数中K因子的确定

第二章 蒙特卡罗方法简介

2.1 蒙特卡罗方法解题的一般思路

2.2 随机数、伪随机数及随机抽样

2.3 蒙特卡罗方法的收敛性和误差估计

2.4 蒙特卡罗方法解粒子运输问题的主要步骤

第三章 粒子与物质的作用机制

3.1 光子作用机制

3.2 电子作用机制

第四章 计算 K因子的一般模型与实现方法

4.1 直接处理与间接处理两种方式

4.2 一般模型与假设

4.3 计算步骤与流程

4.4 实现方法

4.5 结果折算

第五章 计算 K因子的最简化模型与实现方法

5.1 最简化模型与假设

5.2 计算步骤与流程

5.3 实现方法

5.4 误差估计

5.5 结果折算

第六章 能谱仿真与结果分析

6.1 基本输入参数

6.2 计算K1因子的结果分析

6.3 16N点源的能谱仿真与结果分析

6.4 计算K2因子的能谱仿真与结果分析

6.5 直接计算K因子的结果分析

第七章 总结

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间的获奖情况

致谢