加速器驱动次临界系统中次临界度测量方法初步研究

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次临界度作为次临界系统安全监测及运行控制的重要参数,其精确测量对于ADS的设计、建造以及安全运行具有重要意义。然而由于ADS堆芯在物理上的独特特性,使得传统基于点堆方程的反应性测量方法在ADS上的应用遇到巨大困难。因此,有必要改进已有方法或寻找新的测量手段。  在已有的基于点堆方程的测量方法中,源倍增法具有实现简单、对ADS具有天然适应性(源倍增法测量时需要外源)等优点。因此,在本文中将其作为候选方法进行研究以及改进。此外,鉴于点堆假设在ADS等深次临界系统中不严格成立,因此有必要寻找脱离点堆方程的测量方法:ADS堆芯中外源中子与裂变中子平均能量差异巨大,由此出发提出了基于中子平均能量的平均能量法;中子统计法是基于裂变链的微观分析而非点堆假设,因此也将其做为候选方法进行分析研究。研究中,使用蒙卡程序SuperMC建立参考堆芯模型,并对上述三种方法进行了模拟实验。  通过模拟实验分析,发现如下结论。在源倍增法中:(1)为在不经修正情况下准确测量正常运行工况附近状态的次临界度,测量所需要的参考态应选择最接近临界的状态;(2)对于源倍增法中存在的基波效应和局部空间效应,可分别通过事先建立刻度曲线和优化探测器布置进行修正,修正之后的源倍增法在特殊工况下的测量结果与理论值的偏差可在5%以内。对于新提出的平均能量法:(1)在模拟正常工况的实验中,测量结果与理论值符合良好,初步验证了该方法的可行性;(2)在模拟特殊工况的实验中,发现平均能量法中存在着局部空间效应,但是可以通过只统计高能中子的平均能量进行改进,改进之后的平均能量法在所有模拟工况实验中与理论值偏差不超过5%。在之后中子统计法的研究中,对Rossi-Alpha法和内生脉冲源法进行了实验模拟,结果发现:基于裂变链的中子统计法中同样存在着较大的空间效应,其测量结果强烈依赖于探测器位置以及实验参数的经验选择,未来可从此处着手进行改进以提高精度。  文章最后,对于研究结论以及存在的问题进行总结,并对研究的三种方法在未来ADS中的应用前景进行了展望。
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