【摘要】：加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)由加速器提供中高能質(zhì)子,通過轟擊散裂靶產(chǎn)生散裂中子驅(qū)動和維持次臨界反應(yīng)堆系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。次臨界堆芯的固有安全特性和淺層次臨界水平下能量放大的特征使得ADS系統(tǒng)在核廢料嬗變和特殊燃料下產(chǎn)能方面具有潛在的應(yīng)用價值。國內(nèi)外針對ADS系統(tǒng)開展了廣泛的研究,其中歐洲與中國的研究已進(jìn)入工程化研究的階段。相比臨界反應(yīng)堆系統(tǒng),次臨界的ADS系統(tǒng)在中子學(xué)特性方面存在著很多特殊性,其中ADS的中子動力學(xué)行為因外中子源項的引入和堆芯次臨界特性,使其與臨界狀態(tài)下的動力學(xué)行為具有較大的差異,這種差異是ADS系統(tǒng)在啟動、運行、控制和停堆的方案制訂,瞬態(tài)響應(yīng)特性,關(guān)鍵參數(shù)的實驗技術(shù)等多方面內(nèi)容研究的出發(fā)點。在ADS中子動力學(xué)行為的研究中,歐美、日本等國家開發(fā)了多款時空動力學(xué)分析程序用于模擬研究,此外在MUSE、YALINA、VENUS-F、KUCA等ADS零功率裝置上開展了豐富的實驗研究。國內(nèi)近幾年也開發(fā)了幾款時空動力學(xué)程序,并建設(shè)了ADS零功率實驗裝置啟明星二號,為進(jìn)一步對ADS系統(tǒng)動力學(xué)行為的深入研究提供了良好的基礎(chǔ)。本論文研究工作旨在實現(xiàn)如下目標(biāo):1.建立實體裝置的時空動力學(xué)模擬研究方法;2.掌握外源驅(qū)動次臨界堆芯的中子時空動力學(xué)特性;3.研究動力學(xué)行為對關(guān)鍵參數(shù)測量技術(shù)的影響;4.評估時空動力學(xué)模擬方法的可靠性。研究工作以中國科學(xué)院與中國原子能科學(xué)研究院共建的ADS零功率實驗裝置啟明星二號中的鉛堆裝置為研究對象,對其典型的動力學(xué)過程進(jìn)行了模擬研究和實驗研究�；谖靼步煌ù髮W(xué)開發(fā)的ADS瞬態(tài)分析程序DAISY對鉛堆裝置進(jìn)行了確定論三維時空動力學(xué)的模擬研究。研究工作通過分析鉛堆裝置空間能譜特性進(jìn)行區(qū)域劃分,基于精細(xì)堆芯結(jié)構(gòu)使用蒙特卡羅方法制作了較為準(zhǔn)確的群常數(shù)和動力學(xué)參數(shù),實現(xiàn)了復(fù)雜堆芯裝置的確定論模型的建立。后續(xù)的穩(wěn)態(tài)分析獲得的有效增殖因子、控制體價值、中子通量空間分布、中子通量能群分布等關(guān)鍵參數(shù)與實驗結(jié)果或蒙卡模擬結(jié)果符合較好,說明建立的確定論模型可準(zhǔn)確可靠的還原裝置的中子學(xué)特征�；诖_定論模型,對鉛堆裝置在臨界狀態(tài)和次臨界狀態(tài)下的典型動力學(xué)過程進(jìn)行了模擬,并結(jié)合模擬結(jié)果對主要反應(yīng)性測量技術(shù)進(jìn)行了評估。模擬研究掌握了臨界狀態(tài)提棒升功率過程和落棒降功率過程的動力學(xué)特性,外源驅(qū)動次臨界系統(tǒng)中斷源過程、Beam-Trip過程、不同控制體反應(yīng)性引入過程的時空動力學(xué)特性。除上述特性,還獲得如下重要結(jié)論:1.動力學(xué)響應(yīng)的時空差異對周期法測量反應(yīng)性無明顯影響,時空差異將導(dǎo)致落棒法測量反應(yīng)性價值時出現(xiàn)明顯差異。計數(shù)器2獲得的2號安全棒價值偏大近13%,位置1處得到的棒價值偏大近37%。2.如能準(zhǔn)確的測量斷源過程中的動力學(xué)行為,在深層次臨界下,有望得到比實際反應(yīng)性偏大600pcm左右的實驗結(jié)果,屬于工程可接受范圍。3.BeamTrip實驗測量反應(yīng)性的兩種方法中,瞬發(fā)中子衰減常數(shù)法受時空動力學(xué)效應(yīng)影響較難確認(rèn)合適的擬合函數(shù),比值法測量簡單且結(jié)果更為精確。同時給出了比值法取值時刻選取方法和時空效應(yīng)引發(fā)的差異,可用于結(jié)果的修正。4.通過反應(yīng)性引入過程的時空動力學(xué)響應(yīng)行為,給出了采用改進(jìn)源倍增法測量反應(yīng)性的修正因子,同時評估了改進(jìn)源倍增法在反應(yīng)性監(jiān)測過程中的適用性,結(jié)果顯示當(dāng)堆芯有效增殖因子≤0.97時,緩發(fā)中子項影響較小,可用改進(jìn)源倍增法進(jìn)行反應(yīng)性的監(jiān)測。在啟明星二號鉛堆裝置上,針對外源驅(qū)動次臨界狀態(tài)下,外源跳出過程和反應(yīng)性引入過程開展了初步的實驗研究。通過實驗的方法掌握了有源次臨界狀態(tài)下動力學(xué)的響應(yīng)行為。對比實驗結(jié)果和模擬結(jié)果得到如下重要結(jié)論:1.跳源實驗的結(jié)果與模擬結(jié)果符合較好,說明確定論方法模擬源效應(yīng)引發(fā)的動力學(xué)過程的可靠性。2.反應(yīng)性引入實驗的響應(yīng)行為與模擬結(jié)果呈現(xiàn)一致規(guī)律,說明確定論程序可定性的反應(yīng)動力學(xué)響應(yīng)行為。但受確定論方法的限制,具體變化幅度和空間特性方面存在著一定的差異。建議后續(xù)在較深次臨界水平下,將外源放置在活性區(qū)中心附近開展實驗研究,以進(jìn)一步的準(zhǔn)確性和可靠性評估。論文建立了可靠的鉛堆裝置確定論分析模型,建模方法可為后續(xù)相關(guān)工作提供參考。通過模擬和實驗研究詳細(xì)的掌握了外源驅(qū)動次臨界堆芯的時空動力學(xué)響應(yīng)行為,并對次臨界裝置反應(yīng)性測量的幾類主要方法進(jìn)行了評估,可為后續(xù)的鉛堆實驗的開展,ADS設(shè)計分析工作提供了重要參考數(shù)據(jù)。初步評估了確定論程序和方法的可靠性,對Ci ADS的工程階段的核設(shè)計工作提供了支持。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL38
【圖文】：

第 2 章 啟明星二號鉛堆裝置的確定論模型第2章 啟明星二號鉛堆裝置的確定論模型總結(jié)啟明星一號次臨界實驗裝置的不足，結(jié)合中國 AD科學(xué)院 A 類先導(dǎo)專項“未來先進(jìn)核裂變能—ADS 嬗變系院與中國原子能研究院啟動了二期零功率裝置“啟明星置具有如下特色：（1）可在臨界模式和次臨界模式下運應(yīng)性價值等堆芯參數(shù)的確認(rèn)提供多種實驗途徑；（2）中心，為靶堆耦合效應(yīng)、靶區(qū)材料價值的研究提供了較大空分別設(shè)置了熱譜特征的水堆和快熱耦合特征的鉛堆，為驗方法研究、物理特性研究提供了豐富的平臺。

明星二號鉛堆裝置介紹明星二號鉛堆裝置為快熱耦合的臨界裝置[99,100 ,101]，其俯視圖和和圖 2.3。堆芯燃料棒采用環(huán)狀同心圓布置，按照燃料與活性區(qū)分為三個燃料區(qū)：燃料區(qū) I，采用富集度為 90%的金屬鈾為燃料體，占據(jù)最內(nèi)層 4 圈位置，提供 101 個棒位布置燃料；燃料區(qū) II 20%的粉末狀 U3O8為燃料，鉛為活性區(qū)基體，在第 5 圈至第 1個棒位；燃料區(qū) III，采用富集度為 20%的粉末狀 U3O8為燃料，基體在最外側(cè)三圈提供 380 個燃料棒位。燃料區(qū) I 和燃料區(qū) II 具區(qū) III 具有熱譜特征，受中子自由程的限制，燃料區(qū) III 中的熱過程中對燃料區(qū) I 的能譜擾動較小，保證了燃料區(qū) I 中的快譜特可在滿足臨界和次臨界布料需求的同時，堆芯范圍內(nèi)探測器和樣更加靈活，可滿足中子學(xué)特性實驗研究的需求。

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7 王t

本文編號：2731191