超臨界水中子散射的Nelkin模型修正方法研究.pdf

1、超臨界水堆作為第四代堆型之一，具有熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，但也面臨著一系列的問題，其中中子在超臨界水堆中的散射行為研究是急需解決的一個關(guān)鍵問題。在目前的核反應(yīng)堆工程研究領(lǐng)域中，Nelkin模型是中子在水中的熱化處理方面應(yīng)用較為成熟的一種模型。但在超臨界狀態(tài)下，由于溫度升高使氫原子熱運(yùn)動增強(qiáng)，水的四面體結(jié)構(gòu)缺陷增加，氫鍵的平均壽命顯著縮短。氫鍵的這些變化對水分子的平移、轉(zhuǎn)動、振動都會產(chǎn)生影響，從而影響散射截面的精確計(jì)算。論文工作經(jīng)過推導(dǎo)

2、分析，發(fā)現(xiàn)Nelkin模型散射截面表達(dá)式本身與水分子的結(jié)構(gòu)變化沒有直接的關(guān)系，但其相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)與水分子所處環(huán)境的溫度、壓力相關(guān)。
　　超臨界水堆目前的設(shè)計(jì)運(yùn)行工況為壓力不高于25MPa，出口溫度在400～650攝氏度之間，論文工作結(jié)合國際上對這個溫度、壓力范圍下超臨界水的拉曼譜的研究成果進(jìn)行分析，得到Nelkin模型中超臨界水分子相應(yīng)的平移、受阻轉(zhuǎn)動和振動經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。通過編寫Fortran程序，實(shí)現(xiàn)對Nelkin模型的數(shù)值求解，計(jì)算

3、出常溫常壓、1eV以下的中子與水的散射截面數(shù)據(jù)，利用NJOY程序計(jì)算相同條件下的截面數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果證明論文工作對Nelkin模型的數(shù)值求解方法和程序正確可靠。隨后將與氫鍵影響相關(guān)的多組超臨界態(tài)下(673K、256bar)參數(shù)帶入程序計(jì)算，所得的不同組之間總散射截面值的偏差較小。由于無論是氫鍵斷裂影響下的能量參數(shù)還是所有氫鍵都存在情況下的能量參數(shù)，最終反應(yīng)到散射截面數(shù)值上時(shí)，是一個宏觀的效應(yīng)。因此，對多組參數(shù)求平均后再帶入程序計(jì)算得到

4、該超臨界態(tài)下的中子在水中的散射截面。
　　將得到的超臨界態(tài)下的中子在水中的散射截面與常溫常壓下的散射截面以及常見壓水堆工況下(600K、15bar)的散射截面值進(jìn)行對比，結(jié)果表明，在入射中子能量高于0.1eV時(shí)，結(jié)果之間偏差較小;在入射中子能量低于0.1eV的范圍內(nèi)，超臨界態(tài)下的結(jié)果與常溫常壓下的結(jié)果偏差較大，但與常見壓水堆工況下的結(jié)果偏差較小，分析其原因，是由于在接近冷中子的能量區(qū)間內(nèi)，溫度T的升高，使得中子散射截面隨能量減小而