D-T中子與釷鈾核素相關(guān)反應(yīng)的積分研究.pdf

1、根據(jù)聚變-裂變混合能源堆包層的概念設(shè)計(jì)，其包層的核燃料可采用釷或天然鈾?；旌隙押Q或天然鈾包層的物理設(shè)計(jì)的可行性，主要取決于采用的模擬計(jì)算方法及核數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性。天然釷只有一種同位素232Th，其通過中子俘獲反應(yīng)后經(jīng)兩級(jí)衰變可轉(zhuǎn)換為易裂變的233U，生成的233U參與裂變，形成釷鈾循環(huán)。增殖233U與釷的中子增殖反應(yīng)相關(guān)，232Th裂變反應(yīng)率和(n，2n)反應(yīng)率是反映釷鈾循環(huán)物理設(shè)計(jì)中裂變和中子增殖情況的重要參數(shù)，相關(guān)反應(yīng)截面數(shù)據(jù)的可靠

2、性需要通過中子學(xué)積分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。天然鈾分解模擬裝置是目前最符合混合堆包層物理設(shè)計(jì)的模擬裝置，而反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)中的多種重要參數(shù)對(duì)238U俘獲率非常敏感，因此在該裝置中開展238U俘獲率實(shí)驗(yàn)對(duì)混合堆包層物理設(shè)計(jì)十分重要。
　　為了校驗(yàn)中子與釷鈾核素相關(guān)反應(yīng)截面評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性，采用中子活化法，利用D-T中子源開展相應(yīng)中子學(xué)積分實(shí)驗(yàn)。針對(duì)釷的裂變反應(yīng)和(n'2n)反應(yīng)，建立了基于貧鈾球殼的釷樣品裝置和氧化釷/貧鈾圓餅組合裝置，測(cè)量了

3、裝置中的232Th(n，f)反應(yīng)率和232Th(n,2n)反應(yīng)率;針對(duì)238U俘獲反應(yīng)，測(cè)量了天然鈾分解模擬裝置部分孔道中的238U俘獲率分布。采用基于蒙特卡羅方法的MCNP5程序在常用數(shù)據(jù)庫下對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　采用測(cè)量釷裂變產(chǎn)物85mKr特征γ射線的方法研究了釷裂變反應(yīng)率。通過HPGe探測(cè)器測(cè)量已活化釷樣品中232Th裂變碎片85mKr發(fā)射的151.16keⅤ特征γ射線計(jì)數(shù)，結(jié)合不

4、同能區(qū)下釷裂變成85mKr的產(chǎn)額數(shù)據(jù)和釷樣品上計(jì)算的中子能譜，在刻度探測(cè)效率及測(cè)定氧化釷樣品的自吸收修正因子后，獲取裝置上釷裂變率分布，實(shí)驗(yàn)不確定度為5.3％-5.6％。利用MCNP5程序及ENDF/B-Ⅵ.6和ENDF/B-Ⅶ.0庫進(jìn)行了模擬計(jì)算，在基于貧鈾球殼的釷樣品裝置、三塊釷餅裝置、貧鈾餅+二塊釷餅裝置以及貧鈾餅+三塊釷餅的裝置等四個(gè)裝置中，釷的裂變反應(yīng)率在ENDF/B-Ⅶ.0下計(jì)算結(jié)果比ENDF/B-Ⅵ.6計(jì)算結(jié)果平均分別高約

5、2.5％、2.9％、2.1％、1.8％，表明不同評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫在232Th(n,f）反應(yīng)截面評(píng)價(jià)上存在差異。ENDF/B-Ⅶ.0庫計(jì)算結(jié)果/實(shí)驗(yàn)結(jié)果(C/E)隨著中子能譜變“軟”而減小，四套裝置中的C/E值平均分別為0.98、0.88、0.79、0.78。
　　采用測(cè)量231Th發(fā)射的84.2keⅤ特征γ射線的方法研究了232Th(n,2n)反應(yīng)率。通過HPGe探測(cè)器測(cè)量已活化釷樣品中231Th衰變成231pa發(fā)射的84.2keⅤ特征

6、γ射線計(jì)數(shù)，經(jīng)HPGe探測(cè)器對(duì)該能量γ射線的探測(cè)效率刻度及釷樣品的自吸收修正因子測(cè)定，獲取相應(yīng)裝置上(n,2n）反應(yīng)率，實(shí)驗(yàn)不確定度為6.7％-6.9％。四個(gè)裝置中，ENDF/B-Ⅶ.0下計(jì)算結(jié)果比ENDF/B-Ⅵ.6平均分別高約9.8％、9.6％、9.6％、9.7％，表明不同評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫在232Th(n,2n)反應(yīng)截面評(píng)價(jià)上差異較大。ENDF/B-Ⅶ.0庫計(jì)算結(jié)果/實(shí)驗(yàn)結(jié)果(C/E)平均分別為1.08、0.96、0.95、0.89。

7、r>　　采用圓環(huán)形天然鈾箔片測(cè)量了天然鈾分解模擬裝置上的238U(n,γ）反應(yīng)率。在天然鈾分解模擬裝置上，通過離線測(cè)量環(huán)狀天然鈾箔片中發(fā)生238U(n,γ)反應(yīng)后衰變生成的239Np發(fā)射的277.6keⅤ特征γ射線計(jì)數(shù)，得到裝置部分孔道中的238U(n,γ)反應(yīng)率分布，實(shí)驗(yàn)不確定度為4.4％-4.5％。采用ENDF/B-Ⅵ.6庫和ENDF/B-Ⅶ.0庫計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比值(C/E)平均分別為0.910和0.925。通過對(duì)靶點(diǎn)漂移給