14MeV中子與貧鈾聚乙烯球殼裝置作用的鈾反應率研究.pdf

1、為校驗聚變-裂變混合型次臨界能源堆的概念設計，檢驗用于概念設計的中子學模擬計算程序及相應截面數(shù)據(jù)庫的可靠性，建立了貧鈾/聚乙烯交替球殼裝置，采用活化法開展14MeV中子積分學實驗，測量裝置中的238U(n，γ)反應率、238U(n，f)反應率、235U(n，f)反應率、238U(n，2n)反應率以及裝置的俘獲裂變比等重要的中子積分反應率特性。并用國際上廣泛應用的MCNP5程序在多種常用數(shù)據(jù)庫下進行了模擬計算，對計算結果和實驗結果進行了比

2、較，采用各反應率的計算值/實驗值(C/E)表征模擬計算與實驗測量的符合情況。
　　參考次臨界能源堆概念設計，建立了3套貧鈾/聚乙烯交替球殼裝置，第一套裝置由配套的3層貧鈾球殼與2層聚乙烯球殼交替安裝構成，第二套裝置通過在第一套裝置外安裝一層聚乙烯球殼組成，第三套裝置在第二套裝置內安裝一層聚乙烯球殼構成。實驗采用D-T中子源，通過伴隨α粒子法實時監(jiān)測14MeV中子產額，貧鈾活化片置于實驗裝置內與入射D離子束成90°的方向上的測量管道

3、中活化，活化后用HPGe探測器測量各反應產生的相應的特征γ射線，測量在14MeV中子與貧化鈾/聚乙烯球殼裝置作用的的多種鈾反應率特性。實驗時，采用與貧鈾活化片半徑相同的243Am源完成HPGe探測器對各特征γ射線的探測效率的刻度，并結合最小二乘擬合方法測量了各特征γ射線在貧鈾片內的衰減，實現(xiàn)了活化片對特征γ射線的自吸收修正。用MCNP5程序進行自吸收修正的模擬計算，結果表明:在貧鈾片厚度小于0.02cm時，計算與實驗結果的最大偏差在1％

4、以內。
　　在三套裝置上，用HPGe探測器測量活化貧鈾片中發(fā)生238U(n，γ)反應后衰變產生的239Np發(fā)射的277.6keVγ射線峰計數(shù)，最后得到球殼裝置的238U(n，γ)反應率的徑向分布，其相對不確定度為3.5％～3.7％，并計算得到三套裝置的造钚率分別為2.24、2.77和2.53。用MCNP5程序在常用ENDF數(shù)據(jù)庫下進行了模擬計算，在第一套裝置中238U(n，γ)反應率的比較結果表明，各數(shù)據(jù)庫間的計算結果之間偏差較小

5、，且與實驗結果總體在5％以內符合，計算C/E的平均值，在0.98～1.00間。在最常用的ENDF66c數(shù)據(jù)庫下，三套裝置的C/E平均值分別為1.00、1.05和1.08，有隨著聚乙烯層數(shù)增多而增大的趨勢。
　　同時，在第二套實驗裝置中開展238U(n，f)反應率、235U(n，f)反應率、238U(n，2n)反應率以及裝置的俘獲裂變比等其他重要的中子積分反應率特性的測量。通過測量238U和235U裂變反應產生的裂變碎片143Ce衰

6、變產生的293.3keVγ射線峰計數(shù)，得到球殼裝置重238U(n，f)和235U(n，f)反應率的徑向分布，其相對不確定度為5.1％～6.9％，在ENDF66c數(shù)據(jù)庫下，裂變反應率的C/E的平均值為1.05;通過測量238U(n，2n)反應生成的237U衰變產生的208keVγ射線峰計數(shù)，得到第一層貧鈾球殼中238U(n，2n)反應率的徑向分布，其相對不確定度為5.3％～6.0％，在ENDF66c數(shù)據(jù)庫下，238U(n，2n)反應率的C