论文部分内容阅读
瞬发中子衰减常数α是表征临界以及次临界核系统中子动力学特性的一个重要参数。通过对瞬发中子衰减常数α的测量可为获得其它两个中子动力学参数:缓发中子有效份额βeff和中子寿命奠定基础,三个中子动力学参数都与一个临界或次临界核系统的物理设计、控制系统设计和安全分析等具有密切关系,其中瞬发中子衰减常数α对于了解快中子临界或次临界核系统运行的动态特性具有重要意义。 自1942年以来,世界上已经发展了多种用于α测量的方法,其中Rossi-α方法和随机脉冲中子源方法是微观噪声分析中的经典方法,在测量瞬发中子衰减常数上得到广泛应用。目前,国内尚无两种方法模拟计算的报道,这两种方法的模拟结果能够为实验方案的制定和实验过程的分析提供指导,为建立新的测量系统提供参考。 本论文基于Geant4 toolkit开发包建立了上述两种方法的直接蒙特卡罗模拟程序,整个模拟程序不采用物理量的平均值、粒子分裂和偏倚方法,以保持裂变链的随机涨落特性,完成了精确辐射场的建立,同时按照真实的粒子输运过程模拟了252Cf自发裂变源和两种方法的测量技术。整个模拟按照时间顺序进行,与真实的粒子输运过程一致。 为了验证开发程序的正确性,建立了简单的几何模型,针对Rossi-α方法,模拟计算了橡树岭实验室5个不同几何尺寸浓缩铀圆柱基准装置的α值,针对脉冲源中子源方法也模拟计算了相应的α值,二者模拟计算结果一致。模拟计算结果与实验结果存在偏差,论文中对偏差产生的原因进行了分析。模拟随机脉冲中子源方法时,计算了橡树岭实验室基准装置5个直径相同高度不同的柱形核系统的α值,当α小于20时,误差在10%以内,而在深次临界条件下,模拟结果偏差较大,论文中分别分析了浅次临界和深次临界两种条件。验证计算表明用直接蒙特卡罗方法模拟计算α具有较高的可信度,可以用于α测量实验的设计和计算系统的α值。 为了比较研究两种方法,建立了精确的几何模型,计算了不同状态时的瞬发中子衰减常数,并对比分析了两种方法的计算结果,同时研究了探测器位置,中子源强度等因素对结果的影响。 论文的成果主要在于建立了测量瞬发中子衰减常数的模拟程序,建立了精确的几何模型,并通过对一些影响因素的研究,使模拟程序可用于指导测量过程,为新建核系统的设计和优化提供支持。