持续裂变链引发概率的直接模拟研究

讨论了判断持续裂变链引发的理论依据,利用基于Geant4toolkit开发的蒙特卡罗直接模拟程序,计算了一系列测试几何和超瞬发临界5c/的GodivaⅠ反应堆内持续裂变链的引发概率。结果表明,蒙特卡罗直接模拟计算的结果与Mercury程序及确定性理论结果均一致。

中子裂变链统计涨落问题的数值计算方法

研究了弱中子源驱动下，裂变系统中子裂变链统计涨落问题的数值计算方法。进行了数值计算建模、数值方法分析、数值计算检验、一类问题概率分布函数的统计涨落特征量的数值计算示范。特例数值检验表明：只要数值解方程组阶数（ 截断） Ｎ足够大，数值解满足归一（守恒） 律、指数增长律，并与精确解析解一致。对于非定常裂变系统中子裂变链统计涨落问题提出了一维等效模型下数值模拟的方法。

裂变链初期增长过程的统计涨落现象研究

利用超临界系统达到临界后t时刻中子密度n的概率分布P(n,t)与系统内的中子源强度的关系,结合从第1个持续裂变链开始到系统的中子密度达到定值的时间分布,得到从系统达到临界开始到系统的中子密度达到定值的时间分布,并与Godiva的功率增长过程和BARS的脉冲提前引发概率的实验结果进行了比较,相互符合较好。该研究结果可用于脉冲堆安全分析、临界安全研究和反应堆启动程序制定等。

脉冲堆有限裂变链长的数学期望值分析(英文)

讨论了在一个增殖系统引发一个持续裂变链所需要的平均中子数。在点堆模型基础上,考虑了在t0时刻系统引入一个源中子,在t时刻产生n个中子的概率(n,t0,t),推导了概率生成函数G(z;t0,t)所满足的偏微分方程,并得到了近似解。用近似解计算了Godiva-II脉冲堆的有限裂变链长数学期望值,有限裂变链期望值反比于脉冲堆的反应性。

有限裂变链长度概率分布及其在瞬发临界点附近的对称性

在全同粒子假设条件下,推导具有一定物理意义的有限裂变链长度概率分布的数学描述,结合基于点动力学模型的零维蒙特卡罗模拟计算结果,得出有限裂变链长度概率分布在瞬发临界点附近的对称性规律,该结论对获得浅超瞬发临界系统缓发中子发射率规律、提高裂变链引发的随机涨落规律认识有重要意义。

超瞬发临界系统有限裂变链集体效应

本文以点堆模型为基础建立了集体有限裂变链模拟程序,以宏观方法研究有限裂变链在核系统内部的发展演化规律,并得到了实验结果的验证。采用该程序计算了有限裂变链的集体链长,得到了其分布规律。结果表明,平均集体链长随源强的增加而增大,随反应性的增加而减小。

浅超瞬发临界系统中子引发持续裂变链的概率

根据中子在核系统中发生不同反应的概率,推导了中子引发持续裂变链概率W(r,E,Ω,t)满足的方程;在定态、浅超瞬发临界前提下,采用二阶近似和微扰方法,得到了引发中子源分布下中子引发概率的表达式。由表达式和Godiva-Ⅱ、Caliban、CFBR-Ⅱ脉冲堆的参数得到中子引发脉冲的平均概率分别为0.000 32、0.000 54和0.000 27,采用Godiva-Ⅱ、Caliban自发裂变源引发脉冲实验数据对理论结果进行了比较和分析讨论。

持续裂变链引发的零维蒙特卡罗模拟

采用基于点动力学模型的零维蒙特卡罗方法,模拟计算了自发裂变中子引发条件下,超瞬发临界5c/的GodivaⅠ快中子脉冲堆内持续裂变链引发时刻概率的分布。结果表明,零维模拟程序与基于Geant4toolkit的三维直接模拟程序的计算结果一致,并与实验结果符合较好。另外,采用零维蒙特卡罗模拟方法,模拟计算了外中子源引发条件下快中子脉冲堆反应性动态加入过程中持续裂变链的引发概率。结果表明,零维方法用于反应性动态加入情形的模拟计算,其结果是合理可信的。可见,在研究快中子脉冲堆的动力学行为时,采用点动力学近似是合理的。

中子引发裂变链概率的演化过程模拟

在相对速度空间建立中子引发裂变链概率所满足的与时间相关的微分-积分方程,基于多群SN方法开发动态数值程序(Dynamic Segment Number Probability,DSNP),分析了动态计算的收敛性,并对动态系统的裂变链概率演化过程进行数值模拟。模拟计算表明,DSNP程序与Partisn程序的计算结果均一致;临界状态附近存在大量的有限裂变链,使得引发概率的动态演化结果高于稳态计算结果,在Baker动态流场模型上,第一临界点后1μs的范围内计算结果最大差异约为300%。随着裂变系统反应性增加,有限裂变链的贡献逐渐减弱,持续裂变链占优,引发概率的动态演化曲线与稳态结果逐渐重合,差别小于5%,表明系统中子引发自持裂变的能力趋于稳定,此时动态引发概率的时间积分结果比稳态结果高5%-35%。高浓铀模型上的数值模拟验证了DSNP程序的准确性,该程序可定量计算动态系统的引发概率,相对于稳态方法,DSNP程序能够更为准确地描述裂变系统点火概率的演化过程。

运动增殖系统内中子引发持续裂变链的概率

针对具有一定速度的流动介质构成的增殖系统,依据概率守恒关系,在相对速度相空间建立中子引发裂变链概率的微分-积分方程,推导考虑流体宏观运动影响的表达式。在一维球对称坐标系下,采用离散纵标(SN)方法计算考虑和不考虑流体情形中子引发裂变链的概率,并分析其随时间演化过程的差异。结果表明,堆体材料沿径向方向向外运动时,近似考虑流体运动中子引发持续裂变链的概率计算结果高于不考虑流体运动的计算结果,在流体最大速度为30cm/μs(接近1keV的中子速度)时,二者的差别约为6%。对运动介质宏观运动影响的考虑,提高了实际物理建模的合理性,对于堆体的不同体元具有膨胀和压缩等复杂运动形态或体元的运动速度较高的情形,近似考虑流体运动影响是非常必要的。

弱源引发持续裂变链统计涨落现象

裂变材料系统中，中子源尤其是弱强度中子源释放中子的时刻是随机性的，系统中中子与原子核相互作用的随机性，使得从中子源放出中子时刻开始的中子裂变链的初期发展过程具有显著的统计涨落性质，对于稍微超(瞬发)临界的系统往往仅有少部分裂变链才能够持续发展下去，成为持续裂变链。CFBR-Ⅱ快中子脉冲堆在超瞬发临界状态下，由很弱的内源引发持续裂变链，并在反馈机制的作用下形成中子脉冲，其脉冲出现时刻(称为引发时间)表现出随机性，正是这种统计涨落现象的反映。针对CFBR-Ⅱ堆这种统计涨落现象进行实验和理论两方面的研究，得到一些初步结果。

瞬发超临界系统内持续裂变链的发展过程

根据基本的概率理论和瞬发临界附近有限裂变链的发展规律,推导了单脉冲源条件下脉冲堆引发持续裂变链过程中的中子数与时间关系式,并得到CFBR-II堆上实验的验证.该关系式进一步发展了Hansen理论模型,除了可以描述裂变链后期的发展趋势,还可以描述持续裂变链产生初期中子数的快速增长行为.讨论了引发时间与源强的关系,指出在弱源条件下,引发时间几乎不依赖于源强.

西拉德与核的链式裂变反应

回顾了匈牙利科学家西拉德的科学活动和他在不同科学领域的成就．文章指出，西拉德是20世纪最具有原创性思想的科学家之一，他最初想到有可能实现核的链式裂变反应并最早提出核链武裂变反应的概念．不仅如此，西拉德也是一位富有正义感和社会责任感的科学家。

“隐性原子化”与“合作共同体”:现代社会风险的生成与治理

既有文献研究显示,社会风险是人与人或群体与群体间以“原子化”状态呈现合作失效的结果。但对20世纪80年代以来的现代社会风险的分析显示,社会风险生成逻辑不是简单的“原子化”,而是“隐性原子化”,其本质是合作链条裂变的结果。人类社会在发展合作链条时,在内部合作链条上的拓展导致了制度运行失灵、契约精神缺失和个体利益膨胀,在外部链条延伸上导致了数字信息壁垒和有组织不负责。内部链条与外部链条又将不断演化并促进合作,但每一种链节的演化中又潜藏着合作失效并导致社会风险的可能。“合作共同体”可以通过“最大公约数”的原则寻找社会合作可能,有利于消解现代社会风险。其对于中国式现代化的意义是,应该继续重视以“共同富裕”为原则的利益分配,增进社会合作而减少社会风险。

稍超瞬发临界系统缓发中子发射率研究

使用蒙特卡罗直接模拟程序计算了弱源点火条件下超瞬发临界5 c/的GodivaⅠ快中子脉冲堆缓发中子发射率规律和脉冲引发时刻概率分布。计算结果表明,脉冲引发时刻概率分布的计算结果与实验结果符合较好,所获得的缓发中子发射率规律可合理解释引发时刻概率分布的实验结果。

脉冲堆弱源点火实验的蒙特卡罗数值模拟

本文采用广义半马尔科夫过程模拟方法模拟了在Caliban脉冲堆、Godiva-Ⅰ和Godiva-Ⅱ脉冲堆上开展的超临界点火实验。得到爆发脉冲等待时间概率分布,以及与脉冲堆爆发脉冲过程相关的各种物理量的概率分布,如裂变率、缓发中子出射率等。模拟得到的爆发脉冲等待时间概率分布与实验结果符合,所得到的相关物理量自洽,且对于理解脉冲堆点火实验的随机现象提供了参考。通过本文的工作,验证了广义半马尔科夫过程模拟方法在模拟弱超临界系统随机中子场时间演化方面的适用性和正确性,该方法可以应用于超临界事故评价和分析。

快中子脉冲堆弱源爆发脉冲实验理论研究

我们在应用Hansen理论研究快中子脉冲堆弱源爆发脉冲实验时发现,理论与实验结果差距非常大。对此,我们分析了原因,然后从求解系统中子数概率分布函数出发,研究和求解了系统有限长裂变链的期望值,给出了有限长裂变链期望值的求解方法和基本形式,讨论和定量计算了Godiva-Ⅱ和CFBR-Ⅱ脉冲堆有限长裂变链的期望值。然后研究了有限长裂变链导致缓发中子先驱核增值行为,结果表明,在等待爆发脉冲期间缓发中子数可发生数倍的变化。最后,在两种不同的物理假定下,对Hansen模型给予了改进。改进后的模型可以较理想地模拟Godiva-Ⅱ和CFBR-Ⅱ两个脉冲堆的实验结果,表明结果是可信的。

中子输运随机过程中的转移概率矩阵

针对某一类中子输运随机过程,得到该过程的转移概率矩阵,通过数值计算并与相应的解析解比较,此方法得出的物理图像更清楚,且不需假定中子1次裂变发射的中子数为2。

基于WIMS-D库燃耗数据的更新与基准验证

随着AP1000等新一代压水堆的发展,燃耗深度在不断提高,平均卸料燃耗深度提高到60 GW d·t-1。然而,传统使用的WIMS69群和XMAS172群WIMS-D格式多群常数库,其能群结构存在共振峰重叠,核素种类较少,裂变产物产额的偏差较大,并且伪裂变产物中包含的核素种类较多而导致152Gd、160Gd、159Tb、160Tb等重要核素无法得到精确处理等问题。因此,本文主要针对AP1000等新一代反应堆的设计以及运行特点,基于ENDF/B-VII.1库,并且在现有基础上针对WIMS-D库中的伪裂变产物、裂变产物燃耗链以及裂变产物产额等燃耗数据进行更新,再通过NJOY程序开发了SHEM281群WIMS-D格式多群常数库。通过DRAGON程序挂载该WIMSD281库,对其进行临界和燃耗两方面基准验证。计算结果表明,该数据库的计算结果与基准值符合较好,精度较高,结果可靠,可初步用于压水堆的相关计算。

戈壁作证:中国第一座大型反应堆(下)

中国第一座核反应堆,在年轻共和国古老而贫瘠的土地上,在热烈而动乱的年代里,奇迹般地诞生了,奇迹般地启动了。儿女风姿鲁琴芬又要上塔了。当她拿着安全防护帽,一蹦一跳地从土建科的办公室走出来时,脚步一下子放慢了。这位22岁江南女子,被大戈壁滩的景色迷住了。她从未见过如此高远明净的天,湛蓝中透出一股高洁。那浮动着的几片云絮,轻淡的似乎会随时飘落下来。祁连山的峰恋,像是推到前面的一个电影特写镜头,似乎伸出手就能触摸到它层次分明的身躯。山地是带色的,山腰是浅灰色的,而山顶是银色的了。