核数据评价与中国评价核数据库CENDL

核数据是核基础研究、核能开发与利用以及核技术发展的基础数据,是连接核物理基础研究与核工程和核技术应用的重要桥梁,在国防与国民经济建设以及核科学发展领域起重要作用。核数据评价建库与检验是核数据研究过程中的两个重要部分,是核数据应用于核工程必不可少的环节。本文介绍了核数据内涵、核数据研究意义以及国内外核数据评价研究的简要发展历史,并结合中国评价核数据库CENDL的研究过程介绍了实验数据调研与分析评价、核数据理论模型计算、核数据统调建库与核数据宏观检验的主要评价核数据研究过程,以及我国自主建立的核数据评价方法和技术、模型及计算程序、评价数据建库和评价数据库的检验方法;介绍了基于我国自主建立的核数据评价建库与检验系统而研制的中国评价核数据库最新版CENDL-3.2以及对其进行的相关基准检验及应用结果;最后简要介绍了CENDL-3.2在反应堆屏蔽设计以及压水堆、高温堆等方面的实际应用以及与其他主流评价核数据库的比对结果。

基于CENDL-3.2评价核数据库的多群截面制作方法

针对中国核数据中心发布的最新版中子评价核数据库CENDL-3.2,首先深入研究了与多群截面产生相关的两体及多体动力学理论,推导了可直接应用的理论公式,深入分析了CENDL-3.2中不同核素,不同反应道数据类型之间的关系,自主开发了多群截面产生程序GroupXS。利用GroupXS处理CENDL-3.2产生了多群截面,并利用NJOY/GROUPR模块进行了验证。计算结果表明:GroupXS可处理CENDL-3.2中用于产生多群截面的所有中子反应和数据格式,可为后续反应堆物理计算提供精确的多群截面常数。通过GroupXS与GROUPR分别处理CENDL-3.2的结果对比发现,两个程序产生的多群注量和多群截面的相对偏差均小于0.01%,多群散射矩阵的相对偏差基本上小于0.1%。同时,选取了部分快临界基准进行验证,快临界基准有效增殖因子绝对偏差小于4×10-4。研究发现,利用NJOY2016处理ENDF/B-VII.1和ENDF/B-VIII.0评价核数据库计算得到92Mo和98Mo核素的kerma因子在部分能群出现负值,不符合物理事实,而基于CENDL-3.2的计算结果更合理。

不同数据库中^(56)Fe评价截面对屏蔽计算影响研究

为了对各类评价库中^(56)Fe截面在屏蔽计算方面的适用性和精确度进行评估,选用FE DIA100 R150代表性基准题对不同评价库及同一评价库不同版本中^(56)Fe截面数据质量进行评价;并基于CENDL-3.2评价库,开展了对^(56)Fe的敏感性分析工作,主要对其关键反应道截面在屏蔽计算方面的影响进行研究。研究结果表明:(1)由于^(56)Fe的弹性散射截面和非弹性散射截面数据准确度的缺失,导致1.20~1.70 MeV、10.00~17.00 MeV等能区,各类评价库计算值与实验测量值差异均较大;(2)^(56)Fe中的(n,n)和(n,n′)d反应截面对屏蔽计算影响最为敏感;(3)CENDL-3.2中^(56)Fe(n,n)反应截面值在0.01~0.10 MeV能区较真实值截面值偏高。

不同评价核数据库压水堆包壳材料对反应性的影响及分析

随着各国新版本评价核数据库的发布,不同版本评价核数据库对反应性的影响并不完全一致,为选取高精度的评价核数据库,以几何尺寸、核素种类较简单的压水堆包壳材料为研究对象,基于新版本的评价核数据库ENDF/B-VII.0、JEFF-3.3、JENDL-4.0和CENDL-3.1,采用NJOY2016程序制作压水堆常见包壳材料(不锈钢包壳、铝包壳和锆包壳)的截面数据。通过组件程序DRAGON5.0.1挂载不同评价核数据库版本得到包壳材料的多群截面库,计算WIMS库更新计划(WLUP)系列临界基准题,并将计算结果与实验值进行比较。结果表明,52Cr、56Fe、90Zr、91Zr、92Zr和94Zr这6个核素在不同评价核数据库版本中对反应性影响均较大;采用CENDL-3.1和JENDL-4.0这2个版本评价核数据库制作的压水堆包壳材料,其计算结果与实验值较为接近。

结构材料核的原子位移截面计算

中子辐照引起的材料损伤是裂变反应堆设计的重要考虑因素。对于晶体结构材料,其辐照损伤主要来自晶格原子的位移。结构材料核与中子发生带电粒子反应的截面、原子位移(DPA)截面、KERMA因子是计算辐照损伤的基础。为比较不同程序计算的DPA截面的差异和基于不同评价核数据库的DPA截面的差异,采用核模型计算程序UNF及核数据处理程序NJOY计算了27 Al、48 Ti、90Zr、Cr、Fe、Ni、Cu等结构材料核的DPA截面,将二者计算结果进行了比较分析;比较分析了基于不同评价核数据库的采用NJOY计算的DPA截面;比较分析了NJOY与蒙特卡罗程序计算的DPA截面。结果表明,UNF与NJOY的结果存在一定的差别,不同评价库的结果也是有差别的,蒙特卡罗程序采用不同模型计算时结果也存在一定的差别。

核数据:核基础研究与工程应用的桥梁

核数据特别是中子核数据是核物理基础研究、核能开发与利用以及核技术发展的基础数据,是连接核物理基础研究与核技术应用的重要桥梁,其质量直接关系到与核相关产品的有效性、安全性与经济性。概述了核数据、核数据用途以及国内外核数据发展动态,分析了国内核数据工作发展的差距,总结了国外相关核数据工作经验以及给中国核数据工作带来的启示,提出了在现有基础上如何发展中国的核数据研究工作的建议。

CARR自给能探测器实验设计与验证研究

辐照靶件的释热计算对堆内实验设计影响重大。本文依据在CARR堆上开展的自给能探测器实验,分析了不同核评价数据库在辐射俘获反应释热计算上的差异来源,并对较早版本数据库的计算结果进行了一定的修正。实验结果表明,以ENDF/B-VⅢ.0等库为代表的数据库计算结果更为合理,并建议研究者在进行后续堆内实验设计时,关注KERMA因子的能量平衡情况,优先采用数据更为完备的核评价数据库进行计算。

中子诱发241Pu裂变缓发γ光子谱的计算

开发了裂变缓发γ光子谱计算程序,利用燃耗计算程序获得裂变产物核的积存量,然后对产物核发射的缓发γ求和得到随时间变化的缓发光子谱。通过对n+235U裂变缓发光子谱计算,并与现有国际评价核数据库、现有实验数据比较,验证了程序的正确性。利用该程序计算了入射为热能中子和裂变谱中子诱发的241Pu裂变缓发光子谱,出射缓发光子能量范围为0~7 MeV,并转换为ENDF/B-Ⅵ格式的数据库,补充了中国评价核数据(CENDL-3.X)。由于采用了最新核数据,与国际数据比较,具有一定的先进性。计算结果表明,热中子和裂变谱中子诱发241Pu裂变产生的光子谱比较相似,但有区别,剂量随时间变化的曲线几乎相等,经过3 h剂量衰减到小于0.1%。时间积分的总剂量略有差别,分别为1 667和1 670 keV-bq-s。

核反应堆堆芯物理分析技术自主化研究及在商用压水堆中的应用

核反应堆是核能应用的核心装置,核反应堆堆芯物理分析是核反应堆设计和运维的核心技术.但长期以来,我国核反应堆堆芯物理分析软件主要依赖进口,在核能技术全面自主化的进程中,核反应堆物理分析软件自主化已成为亟需解决的重大课题.本文介绍了从源头评价核数据库、到应用核数据库制作、再到堆芯物理分析的全过程自主化研究成果,并在我国现役的华龙一号、M310及其改进型、VVER1000等代表性压水堆堆芯分析中实现了工业应用.应用结果表明:基于国产评价核数据库CENDL-3.2、国产核数据处理软件NECP-Atlas和国产压水堆堆芯物理分析软件Bamboo-C,对我国各种型号的压水堆堆芯关键安全参数的计算值与实测值之间的误差均满足工程应用需求,为核反应堆堆芯物理分析技术全过程国产化替代奠定了基础.

^(70,73)Ge的麦克斯韦平均截面计算

中子俘获(n,γ)反应能够解释宇宙中比铁重的核素合成.恒星麦克斯韦平均截面是核反应截面与恒星温度的卷积,其准确性影响整个恒星结构与演化.本工作中,利用梯形积分、复化梯形积分与复化辛普森积分等方法,基于ENDF/B-VII.1、JEFF-3.1.2、JENDL-4.0、CENDL-3.1评价库的(n,γ)截面数据,计算研究了不同数值积分方法对恒星麦克斯韦平均截面精度影响.结果表明,梯形数值积分方法能够更好地再现文献数据.利用已验证的梯形数值积分程序计算了最新评价库ENDF/B-VIII.0、CENDL-3.2、JEFF-3.3、TENDL-2019中的^(70,73)Ge麦克斯韦平均截面.该结果为恒星^(70,73)Ge及其相关核素反应网络计算提供关键核数据,对天体恒星核合成研究具有重要的应用价值.

基于ENDF/B-Ⅶ的部分核素ACE格式光核截面的制作与检验

MCNP5程序可以用于电子加速器驱动次临界系统的建模运算,其调用的截面数据库缺乏部分核素的光核数据。利用NJOY程序将ENDF/B-Ⅶ中的7种核素原始光核数据制作成MCNP5可利用的ACE格式的光核数据,并用MCNP5建立模型计算出所加工核素的光中子反应微观截面,得到光中子反应微观截面随光子能量变化曲线,并与IAEA编写的技术文档中各核数据中心的截面曲线进行对比。结果表明,所有核素光核反应数据制作过程正确,但52Cr、58Ni和91Zr的光中子反应微观截面在不同数据库中有一定的差别。

衰变分支比抽样方法研究及分析

为了解决衰变分支比受到“和为1”条件的约束,难以在满足评价核数据库中既定统计量的同时生成扰动样本问题,本文根据已有的基于广义Dirichlet分布的分支比抽样方法,选取了ENDF/B-Ⅷ.0评价核数据库中部分具有3个衰变分支的核素进行采样。对比了ENDF/B-Ⅷ.0和JENDL-5中部分具有3个衰变分支的核素的分支比数据。结果表明:2种数据库给出的分支比数据存在较大差异,已有抽样方法可以满足JENDL-5中既定统计量的要求并生成扰动样本。同时,受到Dirichlet分布“完全中立性”的影响,该抽样方法对于抽样顺序有一定的依赖性,建议抽样时输入参数以数值上升的顺序进行排列。