反应堆堆芯中子能谱在线测量方法研究

摘要

先进核能系统研究的快速发展对核安全提出了更高的要求，同时堆内核测量技术面临更大的挑战。中子能谱是反应堆研究的核心参数之一，发展堆芯中子能谱的在线测量技术对提高核能系统安全有着重要意义。现有反应堆堆芯的中子能谱主要采用离线活化法测量。在线能谱测量技术尚不完善，如3He、6Li夹心谱仪等测量技术存在抗辐照能力差，探测能量范围有限或精度不满足要求等缺点。发展高精度、宽量程的堆芯中子能谱在线测量技术已成为先进核能系统测控研究的重要发展方向。本论文通过借鉴多球谱仪的中子能谱测量原理，结合能够在堆芯内长期使用的电离室探测器，提出了一种新的堆芯中子能谱测量方法，即多阈值电离室的中子能谱在线测量方法。主要研究内容及创新点包括:
　　(1)多阂值电离室能谱测量方法的蒙卡模拟研究。研究选用堆内使用成熟的具有不同阈值的电离室探测器(235U裂变电离室、238U裂变电离室、包镉NatB电离室)，结合“少道解谱”原理，利用解谱软件对中子计数率信息进行反演得到待测中子能谱。并分别利用参考中子能谱(IAEA318号报告中的纯裂变谱和铅冷快堆谱)和中国铅冷快堆(CLEAR)能谱对所提出方法进行了可行性验证。验证时，首先利用蒙卡软件SuperMC进行建模并计算，获得了探测器的响应函数;并利用SuperMC计算探测器在参考谱中子场中的计数率，通过解谱软件，结合探测器计数率和响应函数信息反演中子能谱，反演谱和参考谱在大多数能区吻合;再通过SuperMC模拟探测器在CLEAR堆运行情况下的探测器计数率，且研究了3个不同位置的中子能谱情况，计算结果表明，反演谱和初始谱在大多数能区内吻合。参考谱和参考堆的模拟验证计算结果表明，提出的中子能谱在线测量方法具备理论上的可行性。
　　(2)双功能锂铅氚增殖包层(DFLL-TBM)模型中子学实验数据分析。DFLL-TBM中子学实验是中国科学院核能安全技术研究所为验证DFLL-TBM模块中子学性能开展的实验。本研究完成了该实验活化片反应率的数据分析工作。同时，利用该实验数据，研究实验中3个不同位置布置的3组活化片计数率，采用本研究开发的中子能谱在线测量方法对活化片的计数率信息进行中子能谱解谱分析并与蒙卡计算软件SuperMC的模拟计算结果进行比对。结果表明，通过活化片计数率信息解出的中子能谱与计算谱吻合度优于现有成熟解谱软件的反演结果。最后，对该方法的敏感性、不确定度进行了分析。
　　综上所述，本论文发展了一种多阈值电离室的中子能谱在线测量方法，该方法具备反应堆堆芯中子能谱在线测量的应用潜力。研究通过数值计算和实验数据分析相互验证了该中子能谱测量方法的可行性与准确性，具备进一步应用开发的潜力。

目录

声明

摘要

图索引

表索引

第一章 引言

1．1 研究背景

1．1．1 核能发展及其安全问题

1．1．2 堆芯中子能谱测量问题

1．2 中子能谱研究现状

1．2．1 中子能谱研究历史

1．2．2 堆内中子能谱测量现状

1．3 研究目的及意义

1．4 论文主要内容与结构

1．4．1 主要内容

1．4．2 论文结构

第二章 中子能谱测量及解谱原理

2．1 中子能谱测量

2．1．1 中子探测原理

2．1．2 中子能谱测量方法

2．1 中子解谱原理和方法

2．1．1 基本数学原理

2．1．2 中子解谱方法

2．3 解谱软件及其算法

2．3．1 解谱软件概述

2．3．2 MAXED解谱软件及其算法

2．3．3 UMG解谱软件包及其算法

2．3．4 解谱技术说明

2．4 多阈值电离室的中子解谱原理

2．5 本章小结

第三章 多阈值电离室能谱测量方法的蒙卡模拟研究

3．1 探测器结构和响应

3．1．1 探测器结构

3．1．2 响应计算工具及方法

3．1．3 响应计算结果及分析

3．2 参考谱中解谱验证

3．2．1 验证方法

3．2．2 探测器计数率计算

3．2．3 解谱输入文件及参数设定

3．2．4 解谱验证结果及分析

3．3 CLEAR中解谱验证

3．3．1 CLEAR模型

3．3．2 探测器计数率计算

3．3．3 解谱验证结果及分析

3．4 性能参数分析

3．5 本章小结

第四章 DFLL-TBM包层中子能谱实验研究

4．1 实验模型及实验布置

4．1．1 实验模型

4．1．2 实验布置

4．2 理论计算

4．2．1 中子能谱理论计算

4．2．2 活化片响应函数计算

4．3 实验和结果分析

4．3．1 高纯锗探测器及其效率刻度

4．3．2 活化片计数测量

4．3．4 解谱结果及分析

4．4 敏感性及不确定度分析

4．4．1 预置谱敏感性分析

4．4．2 不确定度分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．1．1 主要内容

5．1．2 论文特色与创新点

5．2 展望

参考文献

在学期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

本人参与项目及科研工作

致谢