基于MCNP和ORIGEN2耦合程序的IHNI-1型堆裂变产物中毒及燃耗分析

为了准确地计算反应堆的裂变产物中毒和燃耗问题,开发了一套蒙特卡罗方法程序系统。利用通用的燃耗计算方法,基于MCNP和ORIGEN2,编写了相关的数据转换、截面修正、数据接口程序,实现了MCNP和ORIGEN2程序的耦合。采用堆芯精细结构划分,对医院中子照射器Ⅰ型堆裂变产物中毒和燃耗进行了计算分析。

IHNI-1反应堆热工水力与瞬态特性分析

本文利用子通道程序PRTHA计算了IHNI-1反应堆堆芯热工参数,分析了IHNI-1反应堆堆芯燃料元件与冷却剂的温度场分布,同时给出了堆芯发生过冷沸腾时的功率计算结果。利用RELAP5程序分析了反应堆瞬态特性,以及堆芯瞬态参数随反应性的变化过程。通过本文的分析,表明IHNI-1反应堆具有较好的固有安全特性。

低浓化医院中子照射器(IHNI-1)堆芯的物理方案设计

采用蒙特卡罗程序MCNP/4B模拟计算了功率为30 kW的低浓化医院中子照射器的堆芯物理参数,设计了合理的堆芯布置方案、235U富集度、控制棒价值、后备反应性和停堆深度,得到固有安全性较高、寿期达10年且无需换料、采用低浓化UO2燃料的医院中子照射器的堆芯物理设计方案,为后续反应堆工程设计以及硼中子俘获治疗肿瘤用中子束的设计提供理论依据。

WIMS/CITATION在IHNI-1堆芯物理计算中的应用

建立了利用WIMS+CITATION计算医院中子照射器Ⅰ型堆堆芯中子学参数的模型,计算了堆芯的功率分布、顶铍反应性价值、控制棒价值、温度系数、堆芯燃耗等中子学参数,计算结果与文献数据一致,表明文章所建立的计算模型可用于医院中子照射器I型堆堆芯的物理计算。

分群结构对IHNI-1堆动态参数计算结果的影响研究

基于WIMS和CITATION程序的计算结果,编制了动态参数计算程序CKPWC(calculating kinetic pa-rameters based on WIMS and CITATION),对医院中子照射器Ⅰ型堆(in-hospital neutron irradiator mark 1 reactor,IHNI-1)的动态参数计算进行了研究。首先使用WIMS计算出均匀化栅元截面以及69群通量,再使用CI-TATION进行四群扩散计算,最后编制动态参数计算程序,计算了IHNI-1动态参数(缓发中子有效份βeff和中子代时间Λ)。经过比较研究发现,分群结构对动态参数的计算结果有很大的影响。给出了计算IHNI-1缓发中子份额和中子代时间的最佳四群分群结构。使用文章中的最佳分群结构思想对西安脉冲堆动态参数进行了验证计算,计算结果与设计值符合一致,说明给出的IHNI-1动态参数计算结果具有一定的可信性。

医院中子照射器PGNAA系统初步设计及测量

完成了医院中子照射器(IHNI)瞬发γ中子活化分析(PGNAA)系统的初步设计,并按照设计完成系统搭建。该系统探测器屏蔽部分和中子束屏蔽部分内层均为天然LiF粉末,外层为铅屏蔽层。使用该系统进行的硼浓度测量实验结果表明,该系统可测量10B浓度为10 ppm(1 ppm=10-6),体积为2 mL的样品,10B元素测量灵敏度为0.822 cps(s-1)/ppm。同时发现天然LiF粉末会在待测能区产生较高本底,影响测量精度。

医院中子照射器Ⅰ型堆堆芯热工水力分析

针对医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)的堆芯特点和运行工况,建立了适用于IHNI-1反应堆堆芯的热工分析模型,并对模型进行了验证。利用所建模型,计算了IHNI-1反应堆堆芯热工参数。最后分析了IHNI-1反应堆堆芯入口流量对堆芯出口温度的影响,同时给出了堆芯发生过冷沸腾时的功率计算结果。

医院中子照射器热中子束能谱特性研究

医院中子照射器是我国建造的第1座用于医疗目的的微型反应堆,已于2009年12月7日首次达临界,2010年1月22日达到满功率运行。在治疗前,需测量出口处的中子通量密度及能谱等参数,为后续实验提供依据。本文用MCNP建立医院中子照射器模型,得到能谱计算值。选用金箔活化法测量绝对中子通量密度,多箔活化法测量中子能谱,用SAND-Ⅱ程序解谱,并将实验结果与计算结果进行了比较。

医院中子照射器性能与特性

介绍了医院中子照射器及其相关系统的设计情况,描述了医院中子照射器的性能和特性。为验证医院中子照射器的固有安全特性,进行了4.2 mk反应性释放实验。实验结果表明,反应堆功率快速上升,在229 s时,功率达到85.7 kW峰值,随后,由于燃料元件多普勒效应和慢化剂的负温度效应会非能动地把功率限制在允许的安全水平之下。满功率运行时,各个工艺房间γ剂量率小于1μSv/h,且中子剂量率为本底水平,具有低辐射特点。

医院中子照射器试运行

医院中子照射器及其辅助系统于2010年年初完成热调试试验,随后投入试运行至今,共开堆99次(天),累积释放能量1 832.42 kW.h(折合积分中子注量为2.198 9×1017cm-2)。试运行期间实验数据显示,医院中子照射器及其辅助系统满足规定的运行限值和条件,未发生任何事故,具有很好的安全性与可靠性,达到了设计要求。

基于反应堆中子照相孔道参数初步实验研究

在医院中子照射器反应堆现有的水平热中子孔道的基础上,设计了一个适用于中子照相的热中子准直器。准直器入口2cm或4cm,出口直径为10cm,长度为115cm,最大准直比为58,偏移角为4.1°。对设计的热中子孔道进行了初步实验研究,结果显示,满功率运行时准直器出口处热中子注量率为1.0×106 cm-2·s-1,γ本底剂量率平均为11.65mSv/h,达到了热中子照相的要求。

事故工况下医院中子照射器Ⅰ型堆瞬态特性研究

采用RELAP5/SCDAP/MOD3.4程序对医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)在事故工况下的瞬态特性进行研究,对意外大反应性引入和池水丧失事故工况进行了计算和分析,计算结果表明:IHNI-1堆具有良好的固有安全性,在发生大反应性引入和池水丧失事故时,最终能够稳定在较低功率,确保反应堆安全。

基于WIMS和MCNP耦合程序的医院中子照射器Ⅰ型堆燃耗计算

建立了基于WIMS和MCNP的临界-燃耗耦合计算方法,并对此方法进行了验算。通过栅元和组件问题的分析计算以及西安脉冲堆燃耗实验对比,验证了此耦合程序的可靠性和正确性。最后应用此耦合程序对医院中子照射器Ⅰ型堆的燃耗进行了计算和分析。

医院中子照射器Ⅰ型堆超热中子束流孔道的优化设计

采用蒙特卡罗程序(Monte Carlo neutron and photo transport code,MCNP)对医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)超热中子束流孔道的慢化层、反射层进行了优化设计。首先对FLUENTAL、Al等材料组成的6种慢化体方案进行了分析比较,给出了孔道出口处超热中子通量密度较大的两种设计方案;基于此两种慢化体设计方案,在保持束流孔道外框尺寸不变情况下,对慢化体周围的反射层进行了分析比较,给出了反射层的推荐方案;基于慢化体和反射层优化方案,最后给出了超热中子束流孔道出口处束流参数的空间分布。

医院中子照射器Ⅰ型堆热中子束流孔道等效平面源的模拟计算

采用蒙特卡罗程序MCNP模拟计算了医院中子照射器Ⅰ型堆(IHNI-1)热中子束流孔道出口处的等效平面源。对B堆芯进行了临界搜索计算,模拟计算了热中子束流孔道及出口处中子、γ的束流参数,应用等效平面源模型建立了BNCT等效中子、γ平面源。为人体头颅等效模型剂量分布的快速计算提供了较为可靠的平面源。

医院中子照射器堆芯中子学参数计算方法

建立了利用WIMS/CITATION计算医院中子照射器I型堆(IHNI-Ⅰ)堆芯中子学参数的模型。栅元群常数计算采用WIMS束棒几何模型,控制棒、顶铍反射层、底铍反射层、侧铍反射层以及堆芯每一环燃料元件作为不同栅元类型;全堆芯计算采用CITATION程序R-z几何模型。计算了堆芯的功率分布、顶铍反应性价值、控制棒价值、温度系数、堆芯燃耗等中子学参数,计算结果与文献数据一致。本文所建立的计算模型可用于IHNI-Ⅰ堆芯的物理计算。