cfbr-ⅱ快中子脈沖堆對(duì)外脈沖中子源的響應(yīng)特性研究

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1、■研0E范8—m究l曉6a—員i強(qiáng)2l4：N96u7c21588@yahoo．com．CnCFBR-II快中子脈沖堆對(duì)外脈沖中子源的響應(yīng)特性研究脈沖反應(yīng)堆是一種可運(yùn)行在超瞬發(fā)臨界狀態(tài)，能夠產(chǎn)生可控、可重復(fù)核裂變強(qiáng)脈沖(即持續(xù)裂變鏈的裝置。脈沖反應(yīng)堆處于淺超瞬發(fā)臨界時(shí)，由于裂變鏈初期發(fā)展過程中顯著的隨機(jī)漲落性質(zhì)，僅有少部分裂變鏈能夠形成持續(xù)裂變鏈。若引發(fā)中子源較弱，持續(xù)裂變鏈的引發(fā)時(shí)刻具有顯著的隨機(jī)漲落特征，“十一五”期間，我們?cè)贑FBR—II快中子脈沖反應(yīng)堆上開展了弱中子源引發(fā)實(shí)驗(yàn)，觀察到了這一現(xiàn)象?。采用外脈沖

2、中子源引發(fā)時(shí)，持續(xù)裂變鏈的引發(fā)概率是堆超瞬發(fā)反應(yīng)性和注入堆內(nèi)外源中子數(shù)的函數(shù)，研究這類淺超臨界系統(tǒng)對(duì)外脈沖中子源的響應(yīng)特性對(duì)認(rèn)識(shí)持續(xù)裂變鏈建立、發(fā)展及其釋能的物理規(guī)律具有重要意義。近年來，我們?cè)贑FBR-II堆上開展了D—T外脈沖中子源注入淺超瞬發(fā)臨界系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及相關(guān)理論研究，獲得了一系列研究成果：(1)建立了D—T外中子源注入淺超臨界系統(tǒng)引發(fā)持續(xù)裂變鏈的實(shí)驗(yàn)方法和控制、測試技術(shù)；(2)首次獲得了CFBR—II堆在淺超臨界狀態(tài)下，一定強(qiáng)度D—T外中子源瞬時(shí)注入條件下的持續(xù)裂變鏈引發(fā)概率及相關(guān)數(shù)據(jù)，為理論程序的認(rèn)證

3、提供了實(shí)驗(yàn)點(diǎn)；f3)基于點(diǎn)堆近似的引發(fā)概率理論模型合理解釋了外脈沖中子源引發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合弱中子源引發(fā)實(shí)驗(yàn)，提升了對(duì)淺超臨界系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)中子引發(fā)概率的規(guī)律認(rèn)識(shí)。1理論模型與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在點(diǎn)動(dòng)力學(xué)模型近似條件下，若靜態(tài)超瞬發(fā)臨界系統(tǒng)內(nèi)單個(gè)中子引發(fā)持續(xù)裂變鏈的概率為COf可由點(diǎn)堆近似下的Hansen模型直接求得1，進(jìn)入堆內(nèi)的外源中子數(shù)為，則中子引發(fā)持續(xù)裂變鏈的概率為P=1一e略(1)式中，g為外源中子的等效系數(shù)(由于外源中子能量、角度和空間分布的差異，其對(duì)引發(fā)持續(xù)裂變鏈的貢獻(xiàn)不同)。我們研制了基于MC~DSN方法的等效系數(shù)

4、計(jì)算程序，計(jì)算TCFBR—II堆內(nèi)外源中子在引發(fā)持續(xù)裂變鏈意義上的等效系數(shù)為0．6461。。實(shí)驗(yàn)布局如圖1所示，中子管布置于距堆一定距離的確定位置，在脈沖堆處于某個(gè)淺超瞬發(fā)臨界狀態(tài)f考慮堆的安全性等因素，選擇超瞬發(fā)臨界4，1=0．01Peff，屈fr為緩發(fā)中子有效份額)時(shí)注入D—T外脈沖中子源來引發(fā)脈沖。通過中子管產(chǎn)額的監(jiān)測和考慮外源引發(fā)期間反散射中子的貢獻(xiàn)，得到注入堆體的中子數(shù)目，重復(fù)爆發(fā)脈沖，統(tǒng)計(jì)外中子源引發(fā)的次數(shù)，得到外源引發(fā)概率實(shí)驗(yàn)的一個(gè)觀測數(shù)據(jù)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)控制方面，最為重要的是時(shí)間同步關(guān)聯(lián)，研圖1實(shí)驗(yàn)布局示

5、意圖制了時(shí)間同步機(jī)，為外源觸發(fā)和監(jiān)測、引發(fā)時(shí)間測量、口脈沖波形測量、點(diǎn)火瞬態(tài)測量等系統(tǒng)成功提供了時(shí)間零點(diǎn)信號(hào)，如圖2所示。辱j欠吁??--，，?-買驗(yàn)l緩期?????-網(wǎng)L__j———1r¨廠il發(fā)時(shí)同潮量脈沖lI外露置測棒內(nèi)限特犟～一意囂廷逅on。0L．最火瞬態(tài)測量ll?．圈?????圖2時(shí)間同步關(guān)聯(lián)框圖外源引發(fā)脈沖實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵參數(shù)如表1所示，這些參數(shù)均是在外源注入爆發(fā)脈沖時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測獲得。表1參數(shù)測量及目標(biāo)量監(jiān)測2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(1)建立引發(fā)類型判別方法并首次獲得兩個(gè)狀態(tài)的引發(fā)概率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外中子源引發(fā)實(shí)驗(yàn)中，堆內(nèi)

6、始終存在固有的內(nèi)源中子，無論有無外源注入，終將建立持續(xù)裂變鏈，嚴(yán)格意義上實(shí)驗(yàn)是無法區(qū)分持續(xù)裂變鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)源中子還是外源注入中子所引發(fā)的。但是同外源中子相比內(nèi)源中子強(qiáng)度很弱，在外源中子引發(fā)持續(xù)裂變鏈的數(shù)百個(gè)微秒時(shí)間內(nèi)，內(nèi)源中子引發(fā)的概率很小，2外源中子引發(fā)時(shí)間平均值f數(shù)百個(gè)微秒)和內(nèi)源中子引發(fā)時(shí)問平均值(數(shù)百毫秒)有數(shù)量級(jí)的差別(見1圖3)，因此可通過引發(fā)時(shí)間來對(duì)點(diǎn)火類型進(jìn)行初步判定。但仍存在短引發(fā)時(shí)間的內(nèi)源中子引發(fā)可能(實(shí)驗(yàn)中觀測到兩發(fā)引發(fā)時(shí)間較短的弱源引發(fā)脈沖，引發(fā)時(shí)問分別為0．681ms和0．709ms，與外源

7、引發(fā)時(shí)間平均值接近)，因此僅從引發(fā)時(shí)間無法判斷其引發(fā)源，需要借助瞬態(tài)測量數(shù)據(jù)。這是由于瞬態(tài)測量數(shù)據(jù)直觀地反映了外源注入系統(tǒng)后裂變0I20．41O0300500鏈的發(fā)展情況，從測量圖像可直觀地判斷外源是引發(fā)時(shí)間／ms圖3外中子源和內(nèi)(弱)源中子的引發(fā)時(shí)間否引發(fā)脈沖。首次獲得CFB1II堆在瞬發(fā)中子增殖率常數(shù)=0．02ps一狀態(tài)、D—T中子管產(chǎn)額為0．91~10和3．26x口l0條件下外源點(diǎn)火概率分別為34．4％~H76．6％，為中子輸運(yùn)計(jì)算程序的校驗(yàn)提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(2)首次在實(shí)驗(yàn)上測得集體有限裂變鏈長在弱源引發(fā)的

8、情形下，外源將引發(fā)多條有限裂變鏈，；這些有限裂變鏈從產(chǎn)生到消失所持續(xù)的時(shí)間稱為集體有限鏈長。由于實(shí)驗(yàn)上無法區(qū)分每一條的裂變鏈，觀測到的只是持續(xù)時(shí)間最長的那一條鏈l3J。集體有限裂變鏈長姜；與外源注入的有效中子數(shù)以及系統(tǒng)的超瞬發(fā)反應(yīng)性有2關(guān)，對(duì)超瞬發(fā)臨界系統(tǒng)內(nèi)裂變鏈的引發(fā)過程研究具有重要意義，圖4所示為實(shí)測有限裂變鏈長分布。丁nr]門．．．r-U050l0015O200科學(xué)