基于IKE模型的超临界水中子热散射研究

摘要

超临界水堆是最具发展前景的四代堆型之一，具有系统简单、热效率高等显著优势。国内外已提出许多超临界水堆的概念设计，并进行大量的基础研究。其中，超临界水热中子散射问题及其相应数据库的研究尚未进行，这是反应堆物理的基础数据。超临界水中的中子热化效应会影响反应堆的中子能谱、有效增殖因数等参数，进而对反应堆中子学计算、堆芯物理设计产生影响。
　　本文提出了基于IKE模型的超临界水中子热散射研究的课题，IKE模型是研究轻水中子热散射问题较为成熟的模型。但对于超临界状态下的水，其性质相比常温常压水有很大不同。通过对超临界水性质的大量调研发现，随着温度的升高，水分子间的氢键作用不断减弱，超临界状态下水分子间的氢键数量显著降低。这会对水分子的受阻转动、平移运动以及振动产生影响，进而影响散射核模型的精确计算以及散射截面的准确性。通过相应的理论推导，确定了IKE模型的基础参数，如水分子频谱、离散振动能量及平移权重等。这些参数在超临界态下会发生变化，需要进行相应研究。
　　通过Materials Studio软件对超临界水的性质进行研究，计算了超临界状态下水分子的频谱，结合国际上对于超临界水拉曼光谱的研究成果，通过修改超临界水分子频谱、离散振动能量及平移权重等，对IKE模型进行修正，使之适用于超临界水热中子散射研究。采用Fortran进行程序研发，实现修正IKE模型的数值求解，通过与评价核数据及NJOY计算结果的对比，证明了修正IKE模型求解程序的准确性。
　　研制超临界水热中子散射库并进行检验，将制作的超临界水散射律文件与评价核数据库中的散射律文件通过N JOY程序加工生成ACE格式热化库，通过自设例题的方式，采用蒙卡程序cosRMC进行计算分析。通过对多个自设例题的计算发现，热谱例题中超临界水热化效应对k∞的影响较大，而在快谱例题中热化效应并不重要;相比其他参数，超临界水分子频谱对k∞的影响较大。在超临界水堆的相关设计中，要保证更高的反应堆物理计算精度，则需要精确的超临界水分子频谱来修正IKE模型以制作超临界水热中子散射库;此外，不同温度下超临界水的密度会发生变化，在输运计算过程中需要进行考虑。
　　综上所述，本文通过对IKE模型的修正及计算初步研制了超临界水热中子散射库，并进行检验。论文工作的开展对中子在超临界水堆研究中核数据库的更新工作做了的铺垫，对超临界水堆的相关研究具有一定的积极意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作内容

第2章 热中子散射理论

2．1 概述

2．2 散射过程中的守恒关系

2．3 双微分散射截面物理意义

2．4 双微分散射截面理论推导

2．4．1 双微分散射截面表达式

2．4．2 截面表达式近似处理

2．5 本章小结

第3章 IKE模型修正

3．1 概述

3．2 IKE模型简介

3．3 超临界水结构特性研究

3．3．1 超临界水频谱

3．3．2 超临界水离散振动能量

3．4 超临界水条件下IKE模型修正

3．4．1 频谱近似

3．4．2 平移权重近似

3．4．3 离散振动能量近似

3．5 本章小结

第4章 超临界水修正IKE模型计算及验证

4．1 概述

4．2 散射律计算程序

4．2．1 计算方法

4．2．2 参数选取

4．2．3 程序研发

4．2．4 计算结果及验证

4．3 超临界水热中子散射库的研制及检验

4．3．1 例题计算结果及分析

4．3．2 初步结论

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢