CiADS反应性测量蒙卡模拟研究

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加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven subcritical System,ADS)是一种使用强流质子加速器产生的高能质子束轰击重金属靶,产生散裂中子来驱动次临界反应堆运行的装置。ADS可用于嬗变乏燃料中的长寿命次锕系核素和裂变产物,也可以用于核燃料的增殖和产能,提高核燃料的利用率并降低乏燃料对环境潜在影响。在次临界反应堆系统中,有效增殖因数6)eff是关系到反应堆安全的关键监测参数。虽然ADS具有次临界下的固有安全性,但仍需确保意外引入的反应性不会导致超临界事故。对次临界反应堆系统中反应性的控制和调节必须确保反应堆系统始终处于相对稳定的次临界运行状态。其次,随着ADS长时间的运行,燃料燃耗变化会使得反应堆的次临界度出现变化,为使堆芯功率稳定需要通过改变加速器束流流强(即外中子源强度)来调节核燃料的裂变率以补偿反应性变化带来的功率漂移。因此,反应性的精确监测在ADS的安全运行中非常重要。本论文的主要工作采用蒙卡输运程序建立CiADS(China Initiative Accelerator Driven System)次临界反应堆模型,模拟注入脉冲质子束的过程,获得中子通量的时间演化谱。一、基于脉冲中子源法(Pulsed Neutron Source,PNS)采用Python编写程序实现脉冲叠加过程,给出稳定的缓发中子本底,实现脉冲中子源法的次临界反应堆的反应性测量模拟,给出脉冲周期注入下堆芯不同位置处的中子变化情况。利用PNS面积比方法模拟了CiADS堆芯在不同次临界度和探测位置下的反应性,并与基准数值做了对比。二、基于跳源法(Source Jerk)采用Python编写程序实现模拟堆芯由高通量稳态到短暂失去外源时的中子通量变化,实现跳源法的次临界反应堆的反应性测量模拟,给出堆芯不同位置处的中子变化情况。模拟了CiADS堆芯在不同次临界度和探测位置下的反应性,并与基准数值做了对比。研究结果表明该两种方法在蒙卡方法模拟中,在越高的有效增殖因数6)eff下,计算结果越准确,有效增殖因数的偏差越小,脉冲中子源法平均反应性绝对值偏差最低在23pcm左右(6)eff=0.9861),跳源法平均反应性绝对值偏差最低在15pcm左右(6)eff=0.9745)。在较高的有效增殖因数(6)eff>0.94)下,反应性偏差小于600pcm,适用于次临界反应堆的反应性测量,第一圈燃料组件处的计算结果随外中子源的影响有较大的变化波动范围。模拟显示,存在合适的测量位置使得在不同次临界度下的测量结果偏差较小,但是仍需要后续开展实验测量进行验证。本文结论可为CiADS反应性测量技术方案的制定给出有益的参考。
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