反射中子对金属快中子脉冲堆特性参数的影响研究

快中子脉冲堆对墙壁反射中子比较敏感,反射中子会改变快中子脉冲堆波形,当反射中子较多时可能会对脉冲堆的运行安全造成不利影响。本文建立了考虑墙壁反射中子效应的点堆动力学方法、蒙特卡罗中子学计算方法和ANSYS热力学计算方法三者耦合的“核-热-力”耦合方法,并对含有墙壁反射中子效应的快中子脉冲堆Godiva-Ⅰ瞬态过程进行分析。结果表明:反射中子使脉冲后沿提高,使冲坪时的反应性变低,使堆芯位移、应力有所提高。

快中子脉冲堆动力学特性研究

快中子脉冲堆是一种可超瞬发运行的链式反应堆 ,在研究裂变反应堆瞬态物理过程和中子动力学过程等方面有重要的应用价值。介绍了快中子脉冲堆的动力学过程与特性 ,推导了动力学方程和超瞬发临界状态下的解析解。介绍了实验研究结果 ,测量了快中子脉冲堆超瞬发临界运行产生的脉冲中子辐射场的脉冲特性参数 ,获得了快中子脉冲堆中子动力学的基本特性参数。实验结果与建立的理论模型很好地符合。

基于波形逼近的快中子脉冲堆耦合计算

快中子脉冲堆在爆发脉冲过程中的中子输运与热弹性力学相互耦合,该耦合作用过程决定了脉冲特性。基于绝热近似下燃料元件温升始终正比于系统总裂变数的事实,提出了通过调整参数使温升随时间变化的曲线逼近裂变率曲线的耦合计算方法。在迭代逼近过程中,采用了有限元商业软件ANSYS处理力学建模和热弹性力学求解,利用点堆方程描述中子学行为,两者利用基于微扰理论的反应性反馈方程进行耦合。通过调整参数使力学模型的温升加载函数波形逼近通过输运计算得到的裂变率波形,直至两者一致。以Lady Godiva脉冲堆为例的裂变产额计算结果与实验结果一致,该计算方法有望用于快中子脉冲堆的研究和设计。

快中子脉冲反应堆厅内空气中裂变产物污染的研究

本文研究了快中子脉冲反应堆大厅内空气中裂变产物的污染问题。通过对ＣＦＢＲ－Ⅱ快中子脉冲反应堆爆发额定产额脉冲（１．５３×１０１６裂变）后，厅内气溶胶的取样和γ谱分析，确定了裂变产物从黄铜壳内空气中释放到厅内空气中形成气溶胶的释放份额为５×１０－３。利用此释放份额计算了厅内空气中不同放射性核素的气溶胶浓度；还计算了该堆爆发额定产额脉冲后不同冷却时间ｔ厅内空气中无分凝混合裂变产物的导出空气浓度ＤＡＣ（ｔ）值，为该堆辐射安全分析和现场辐射防护提供了依据。

快中子脉冲反应堆爆发脉冲时堆体应力分布的数值模拟

为分析爆发脉冲时堆体构件的应力响应,建立了基于中国第二号快中子脉冲堆(CFBR-Ⅱ堆)的一个二维模型。采用M.C(蒙特卡洛)方法计算了模型的相对中子注量分布,推导了代替动力学方程的热加载关系式,并将计算得到的中子注量分布与实测结果引入热加载关系式中,用有限元程序计算了已知热加载情况下的几种构件的应力分布。分析认为,由于该方法能准确描述模型的几何结构,并且计算中引入了实测结果,因此,对于结构复杂的模型其计算结果应比通常采用的耦合计算方法更为合理。

快中子脉冲堆中子价值计算研究

利用MCNP程序建立了CFBR-Ⅱ堆结构的三维模型,借助中子倍增的方法实现了计算中子价值的功能。为消除实验中用中间钢托盘孔道内的中子价值代替上下半球的中子价值而引起的差异,利用均匀抽样技巧对各区域沿径向分层细致计算。结果表明,中子价值最大处位于高富集度铀区域中间某层而非系统中心或上下半球球心,其他区域中子价值则沿径向单调递减。

快中子脉冲反应堆应力测量的温度修正

简要介绍了快中子脉冲反应堆在脉冲工况下构件应力的产生机制,导出了基于球壳模型的应力-应变转换公式,提出了实测应变的温度修正模式。在CFBR-II快中子脉冲反应堆上进行了验证实验。结果表明:引进理论计算的温度修正系数可以有效地回避瞬时温升的测量和时间同步性要求,应力测量结果与理论计算结果的误差<25%。

快中子脉冲堆用快速响应保护仪

为了保证快中子脉冲堆在爆发脉冲后迅速停堆,研制了快速响应保护仪。该仪器采用ST401快速响应塑料闪烁体配以GDB-44F型光电倍增管作为探测器,通过电流放大后输入触发器单元,在功率超过保护设定值后12μs内输出触发信号,触发主安全块在100ms内下降5mm,使堆处于深次临界状态。在CFBR-II堆的200余次脉冲运行中,快速响应保护仪触发主安全块下降5mm的时间小于90ms,保障了堆的安全。

快中子脉冲堆周期计算机测量系统

简要介绍了中国快中子脉冲堆Ⅱ（ＣＦＢＲⅡ）堆周期计算机测量系统的硬件结构、工作原理和软件组成，给出了ＣＦＢＲⅡ堆裸堆带去耦部件的系统和裸堆上布置有较多轻材料样品的系统的裂变产额预加反应性关系。该测量系统使ＣＦＢＲⅡ堆周期测量实现了自动化和智能化，提高了测量数据在线处理的精度和速度。

快中子脉冲反应堆理论计算

将中子输运方程、热弹性力学方程和反应堆动力学方程耦合在一起，根据球型快中子脉冲反应堆理论计算和理论设计的需要，编制了功能齐全的计算机程序。从爆发脉冲的实际过程出发，以预加反应性为关键参量；考虑了反应堆活性区外反射中于效应，增加了模拟缓发中子项。理论计算值与实验结果符合得较好，解决了以往脉冲功率分布和半高宽度的理论计算值与实验结果偏差大的矛盾。

CFBR-Ⅱ快中子脉冲堆对外脉冲中子源的响应特性研究

脉冲反应堆是一种可运行在超瞬发临界状态，能够产生可控、可重复核裂变强脉冲（即持续裂变链）的装置。脉冲反应堆处于浅超瞬发临界时，由于裂变链初期发展过程中显著的随机涨落性质，仅有少部分裂变链能够形成持续裂变链。若引发中子源较弱，持续裂变链的引发时刻具有显著的随机涨落特征，“十一五”期间，我们在CFBR—Ⅱ快中子脉冲反应堆上开展了弱中子源引发实验，观察到了这一现象。

快中子脉冲堆功率测量保护仪

功率测量保护仪主要用于监测快中子脉冲堆功率变化情况，并在功率超过保护定值时，向安全保护系统发送保护信号使堆系统解体，达到保护堆体安全的作用。

快中子脉冲堆超额脉冲事故概率分析

CFBR-Ⅱ堆超额脉冲事故概率安全分析具两个鲜明特点，一是针对CFBR-Ⅱ堆这种小型快中子脉冲堆做事故概率分析；二是选用概率安全分析评价(PSA)法。概率安全评价(PSA)法，是20世纪70年代以后发展起来的一种系统工程方法。它采用了系统可靠性评价技术(即故障树、事件树分析)和概率风险分析的方法对复杂系统的各种可能事故的发生和发展过程进行了全面分析，从他们的发生概率以及造成的后果综合进行考虑。

快中子脉冲堆快响应功率保护系统研制

快响应功率保护系统的主要功能是对爆发脉冲时的快中子脉冲堆实施快速超功率定值保护。在快中子脉冲堆爆发脉冲时，堆系统处于超瞬发临界状况，反应堆功率迅速上升。当堆系统功率超过与快响应功率保护系统设定保护阈值相对应的功率时，快响应功率保护系统输出保护电平信号和触点信号至报警和安全保护系统，使主传动快退，反应堆自动解体，从而保证反应堆能及时从超临界状态转为次临界状态，防止反应堆因积分功率过高可能出现的毁损事故发生。

活化法测量CFBR-II堆中子注量和中子能谱

采用活化法研究了CFBR-II堆中子能谱、中子注量分布和辐照样品对中子场的扰动。建立了用于求解中子能谱的SAND-II解谱程序。对实验结果的分析表明,活化法得到的中子注量率与裂变室得到的结果是一致的,辐照样品对中子能谱有一定的软化。

基于CFBR-Ⅱ堆中子辐射场的硅整流二极管辐照效应试验研究

以中国第Ⅱ号快中子脉冲反应堆（CFBR-Ⅱ）为试验平台,采用高功率稳定和多注量点拟合的试验方法测定了典型硅整流二极管的中子辐照实验损伤常数,验证了硅整流二极管的中子辐射损伤规律。试验结果表明：以正向压降为观测效应参数的硅整流二极管对于CFBR-Ⅱ堆泄漏中子能谱的试验损伤常数在3～4×10^-15 V·cm^2范围,硅整流二极管正向压降随中子注量的变化近似遵从指数增长规律。

脉冲棒发射速度测量仪的研制

脉冲棒发射速度测量仪提供了脉冲棒发射过程中各点瞬时速度的测量手段。整个测量系统以光电传感器作敏感元件，ＣＭＯＳ集成电路组成控制电路，在脉冲棒１７０ｍｍ的行程中分１６个不等距的测量点，数字显示电路直接显示测量结果。该系统工作可靠、操作简便。在压力为０．２ＭＰａ时，脉冲棒末端速度为２．３４ｍ／ｓ，达到了预期的设计要求。

CFBR-Ⅱ堆自发裂变中子价值有效系数计算

CFBR—II堆是一个由高浓缩铸造铀球壳组成的椭球形快中子脉冲堆，并带有贫化铀和黄铜球壳反射层，其中心钢托盘在水平方向还开有3根圆孔棒槽供自动调节棒、补偿棒和脉冲棒插入。该堆的自发裂变中子主要分布在贫化铀反射层和浓缩铀活性区，由于不同区域的中子价值不一样，需要将各处的自发裂变中子源强等效到系统中心去，因而引入了有效系数这一概念，它是指以系统中心的中子价值作参考，其它区域的平均中子价值与该参考值的比值作为该区域的有效系数。根据系统各区域的有效系数，便可求出堆体总的自发裂变中子等效为中心点源后的有效源强。

活化法测定试管处的中子注量

为了研究生化武器的模拟物的快中子辐照效应，在快中子脉冲堆CFBR-Ⅱ堆上进行了生化制剂样品的辐照实验。制剂样品均放置在直径约10mm，高度约40mm的玻璃或聚酯试管中，样品有固体和液体等形态，在本次辐照实验中用S和Au活化箔的比活度结合事先测定的中子能谱等确定了样品处的中子注量。由于样品在试管内，不能放置探测器，因此，首先在没有放置试管和样品时将两种活化箔放在将要放置样品的地方，同时在中子能谱和中子注量已知的一点放置活化箔，CFBR-Ⅱ堆稳定功率运行20min。

快中子辐照对枯草芽孢杆菌DNA损伤研究

采用脉冲场凝胶电泳技术检测并定量分析了CFBR-Ⅱ快中子脉冲堆产生的快中子在不同剂量和剂量率条件下,对枯草芽孢杆菌黑色变种(ATCC 9372)DNA双链断裂的诱导.通过DNA释放百分比PR值、DNA断裂水平L值、断裂DN A平均分子量和DNA片段分布等指标的分析,结果表明:在不同的辐射条件下,DNA片段均明显分布于两个区域,表明枯草芽孢杆菌黑色变种DNA分子上可能存在对中子辐射较为敏感的位点;并且随着中子辐射剂量和剂量率的变化,DNA释放百分比PR值、DNA断裂水平L值和各片段区双链断裂的含量也会发生一定规律性的变化.