堆内自给能中子探测器信号电流计算方法研究

自给能中子探测器(Self-Powered Neutron Detectors,SPNDs)是核反应堆监测和保护系统的核心设备,其测量到的电流直接反映堆芯功率的大小和分布。探测器绝缘体是影响信号电流计算精度的主要因素,在SPND的研发设计中占有重要地位。为进一步提升SPND信号电流计算方法的精度,本文根据SPND电流产生机理以及绝缘体中固有的空间电场效应,提出了三种不同的中子、光子电流计算方法,并进行了详细的对比验证。结果表明:三种方法计算结果的差异小于1%,显示了相当的精度。此外,以反应堆工程中应用广泛的铑SPND为例,计算结果表明其信号电流主要由中子产生,光子引起的电流一般不超过5%。本文所提出的电流计算方法在反应堆上经过了大量的实验验证,理论和实验结果的差异均小于3%,证明了其有效性和精度。该方法已经应用于中国第三代先进大型压水反应堆——“华龙一号”,并具有通用性。它可用于不同类型自给能探测器的电流分析,也可为其他反应堆(如第四代快中子堆和后续的聚变堆)的堆芯监测系统提供有益的参考。

基于DRAGON程序的多种中子输运计算方法对比分析

为了对比分析多种三维全堆芯pin-by-pin中子输运计算方法的计算能力,尤其是研究评估特征线法(MOC)求解强非均匀性大规模问题的能力,基于DRAGON4.07程序,以C5G7组件、堆芯基准题为算例,比较分析了MOC方法(步特征线法MOC-SC和菱形差分特征线法MOC-DD)、碰撞概率法(CP)、界面流法(IC)的计算效率、计算精度、计算存贮及计算规模。分析结果表明:对于C5G7-UO2组件问题,MOC-SC的计算精度与CP方法相当,优于MOC-DD和IC方法,计算时间约为CP方法的2倍,内存占用量远小于CP方法;对于二维C5G7堆芯问题,MOC方法的计算精度、计算效率及内存占用量均优于CP和IC方法;而用MOC方法实现大规模三维问题的pin-by-pin计算时,还依赖于并行加速手段,尤其是计算存贮问题的突破。

界面流方法二维六角形组件计算

讨论了用界面流方法计算二维六角形组件中子通量分布。从积分输运方程出发,导出了一种简便的数学模型,在子区内采用平源通量近似,并假设中子发射和散射为各向同性。在子区表面上,中子通量的空间分布为常数,中子角通量分布通过伴随勒让特多项式展开表示,采用DP_1近似。推导出界面流方程组,给出了泄漏、穿透几率矩阵及其矩阵元素的表达式及计算方法。根据提出的数学模型,编制了TPHEX程序,对二维六角形组件进行了计算,本程序可用于水堆六角形燃料组件计算。

粗网差分加速的节块法的改进

改进了粗网差分加速的节块法的算法,在解两节块问题时,将所解的矩阵方程退化为4阶方程;给出了节块左右两界面的净中子流差值的公式,在已知初始节块的中子流的条件下,利用此公式可直接计算各节块界面的中子流。改进的算法提高了节块法计算的速度。

测量反应堆快中子注量率的电流型宽禁带半导体探测器设计

为解决强流混合场快中子注量率实时测量的难题,本文基于反冲质子法,以耐辐照性能强、噪声低的半绝缘型(SI)GaN半导体材料为基础,采用带石墨平衡体及聚乙烯转换靶的并联结构,设计补偿式电流型探测器的方案,有效地降低了γ射线灵敏度。利用该探测器测量了西安脉冲堆1#径向孔道内混合场的快中子注量率,其结果与已有测量结果符合较好,验证了该方案的可行性。

Improvement on application of Dancoff factor and resonance interference table

An improvement for application of Dancoff factor is developed. It combines Stamm'ler's two-term method for resonance integral calculation with neutron current method for Dancoff factor calculation. Stamm'ler's formulation, which is originally derived for the infinite lattice geometry, can be easily revised to contain the Dancoff factor explicitly, while the neutron current method can easily calculate the Dancoff factor for general irregular assembly geometry. For the resonance interference effects the resonance interference factor table is built in pairs of nuclides, only for the interference between 238 U and other resonance nuclides, spanning over a range of background cross-section and number density ratio of the pairing nuclides. A series of verification calculations have been carried out for problems of infinite lattice and single assembly geometry, with two or multiple resonance absorbers. For these verification calculations, our improvement on Dancoff factor application and resonance interference give good results.

基于钒SPND瞬发电流的最佳指示功率估计方法

三代压水堆堆芯运行中根据自给能中子探测器(SPND)响应电流快速获得总功率,称之为最佳指示功率估计。现有技术基于钒SPND的总电流与总功率间的线性关系假设(称之为总电流估计法),因无法区分不同电流组分的时间响应,而无法适用于瞬态运行过程。为了提升对运行过程的监测能力,基于压水堆堆芯分析软件NECP-Bamboo中的SPND响应电流计算功能,提出了基于钒SPND瞬发电流的最佳指示功率估计方法(称之为瞬发电流估计法),同时用于瞬态和稳态运行过程,并与已有方法进行了定量对比分析。数值结果表明:(1)在稳态运行过程中,总电流估计法和瞬发电流估计法给出的最佳指示功率偏差均小于1%额定功率;(2)在堆芯快速降功率(RPR)棒组落棒的瞬态过程中,总电流估计法的偏差大于50%,而瞬发电流估计法的偏差小于1%。