启明星1号装置中子通量能谱与中子平均能量计算

第40卷第2期 2006年3月原子能科学技术

AtomicEnergyScienceandTechnologyVol.40,No.2Mar.2006

启明星1号装置中子通量能谱与

中子平均能量计算

栗再新,黄锦华

(核工业西南物理研究院,四川成都

610041)

摘要:启明星1号装置是我国研究ADS次临界中子学的一个快热耦合系统。本文用离散坐标法的程序TWODANT对启明星1号装置能谱进行分析计算。计算结果表明,启明星1号装置具有比较硬的中子能谱,可用以进行有关ADS的研究。

关键词:快热耦合系统;中子通量能谱;中子平均能量中图分类号:TL411.1

文献标识码:A

文章编号:1000 6931(2006)02 0168 04

CalculationofNeutronFluxSpectrumand

AverageNeutronEnergyforVenus1#Assembly

LIZai xin,HUANGJin hua

(SouthwesternInstituteofPhysics,Chengdu610041,China)

Abstract:Venus1#assemblyisasystemconsistingofbothfastandthermalneutronzonesforADSresearchinChina.TheneutronicsspectrumcalculationsinVenus1#assemblywereperformedwithtwo dimensionaltransportcodeTWODANT.TheresultshowsthattheneutronspectrainVenus1assemblyarehardenoughfortheADSex periments.

Keywords:fast/thermalcombinedsystem;neutronfluxenergyspectrum;averageneu tronenergy

启明星1号装置是为进行ADS研究而搭建的一个实验平台[1]。启明星1号装置是一快热耦合的系统,它的快区由天然铀元件组成,元件高100cm;热区由3%富集度的低浓铀元件插到聚乙烯慢化剂中组成,元件高70cm。源中子来自高压倍加器的(D,T)反应。启明星1号装置中子能谱分布对进行ADS实验非常重

收稿日期:2004 05 31;修回日期:2004 12 15基金项目:国家重点基础研究规划项目(G19990226)

作者简介:栗再新(1973 ),男,内蒙古呼和浩特人,助理研究员,博士研究生,核聚变反应堆物理专业

#

要。本文用二维中子输运程序TWODANT[2]对启明星1号装置进行计算,给出启明星1号装置中子能谱分布和中子平均能量。

1 TETB 混合堆基准计算比较

1993年,我们与苏联学者共同对TETB 混合堆包层进行过中子学比对计算[3]。计算包

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[4]

235

括空间各处的反应率和中子能谱等。为进行启明星1号装置的能谱计算,作为比对,首先用更新过的核数据库重新对TETB 混合堆进行计算。

用NJOY编码和几个评价核数据库制作了相应的MATXS格式群截面库,然后用TRANSX编码制作了用于ONEDANT编码的47群截面库。

以0.025eV处的截面值作参考进行比较。制作的群截面数据,基于B !和CENDL的都偏低,原因待查;基于B 和JEF的较为合理。在下面的计算中,采用基于B 的

235

核素的输运截面库来自FENDL2.0。U和238U截面库来自ENDF/B ,由程序NJOY计算得到。热区的17群截面库来自程序WIMS和基于ENDF/B !的82群截面库到的栅格参数[6]。

[5]

得

3 计算与分析

在这里,对中子能谱进行了归一, i= i/# j, i是第i群的中子通量。按照这样的归j

一谱得到的中子平均能量E=

#E

i

i

i,Ei是

U数据。

第i群的中子平均能量。所得的中子平均能量是中子通量平均能量。在本文,如无说明,中子平均能量系指中子通量平均能量。

图2所示为有外源情况下z=0、r分别为4、15和21cm点的能谱。这3点的中子平均能量分别为3630、722和690keV。可看出,快区的中子谱是非常硬的,能谱的峰值出现在350keV附近。靠近外中子源区域的中子能谱在10MeV附近有1个高峰值,中子的平均能量很高。随着与外源距离的增大,该峰值快速下降。

z=0、r=4cm处的有外源和无外源的中子能谱示于图3。有源时的能谱相对于无源时的能谱发生了较大的漂移,谱趋硬。由于离外源近,有源时的能谱在10MeV附近有很高的峰值。

z=0、r=15cm处的有外源和无外源的中子能谱示于图4。有源时的能谱和无源时的能谱极其相似,但发生了小的漂移,谱趋硬。

新的计算结果与文献[3]中的结果的比较表明,计算的反应率及其空间分布在总体上是一致的,计算结果可信。对3个铀区的中子能谱计算也进行了比较,结果也是一致的。至此,认为可用TWODANT+B 的软件包计算启明星1号装置的中子能谱及各空间点的中子(通量)平均能量。

2 计算模型图、计算程序和截面数据库

计算采用的是r z圆柱模型。图1是计算模型图,关于r轴和z轴对称。图中给出各区材料的分布:0区为真空;1区是14.1MeV中子源;2区为快区,装载天然金属铀;3区是热区,装载低浓铀和聚乙烯;4区为反射层,装载聚乙烯;5区是屏蔽层,装载含硼聚乙烯。

采用二维输运计算程序TWODANT进行中子学计算。快区、反射层和屏蔽层

的非裂变

图2

图1启明星1号装置的计算模型图

Fig.2

#快区中子通量能谱分布

Neutronfluxenergydistributionsinfastzone

r=4cm; r15cm; r=cm

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原子能科学技术 第40卷

图3Fig.3

z=0、r=4cm处有源和无源时中子通量能谱分布

Neutronfluxenergydistributions

实线 有源;虚线

无源

图5Fig.5

热区中子通量能谱分布Neutronfluxenergy

distributionsinthermalzone

实线 r=26cm;长虚线 r=31cm;

短虚线 r=36cm

atz=0,r=4cmwithandwithoutsource

图4Fig.4

z=0、r=15cm处有源和无源时中子通量能谱分布

Neutronfluxenergydistributions

实线 有源;虚线 无源

图6Fig.6

z=0、r=31cm处有源和无源时中子通量能谱分布

Neutronfluxenergydistributions

实线 有源;虚线 无源

atz=0,r=15cmwithandwithoutsource

atz=0,r=31cmwithandwithoutsource

热区中子能谱计算结果示于图5。在热

区,由于存在慢化剂,能谱峰值出现在热中子能区,但中子的能谱较硬。z=0,r分别为26、31和36cm点的中子平均能量分别为665、716和734keV。从图5可看到,z=0、r=36cm处的中子能谱在热中子区和高能区有较高的峰值。这是因为z=0、r=36cm处靠近反射层,有一部分热中子被反射回,裂变反应相应地增加。

z=0、r=31cm处有外源和无外源的中子能谱示于图6。从图6可看出,有外源和无外源时的中子能谱变化不大,说明源中子对热区中子能谱的影响很小。

为了说明用中子通量的平均能量表示中子

中子平均能量的比较,这里用MCNP

[7]

程序进

行计算。采用相同的计算模型,通过MCNP程

序的F1和*F1两个记数箱给出了中子的平均能量。F1和*F1的表达式如下:

| | (r,E, )AdEd dA(1)

*F1=

E| | (r,E, )AdEd dA

F1=

A

EA

E

(2)

式中: (r,E, )为中子角通量; 为方向余弦;A为表面面积。

F1和*F1两个记数箱分别表示穿过一个界面的粒子数和粒子的能量。那么,穿过某一面积的中子平均能量可由下式得到:

E=*F1/F1

(3)

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171

比较计算的结果列于表1。

表1

Table1

r/cm41521263136

进行有关ADS的实验研究。计算结果能够反映启明星1号装置的能谱和中子平均能量。参考文献:

[1] 史永谦.启明星1号装置[R].北京:中国原子能

科学研究院,2003.

[2] O%DELLRD.RevisedusersmanualforTWODA

NT:Acodepackagefortwo dimensionalacceler atedneutralparticletransport[R].NewMexico:LosAlamosNationalLaboratory,1984.[3] MARKOVSKIJDV,HUANGJ,YOUCH.

SomeneutronicsaspectsoftheChineseTokamakengineeringtestbreederTETB :IAE 5628/8[R].Moscow:RussianResearchCenterKurcha tovInstitute,1993.

[4] WIENKEH,HERMANM.FENDL/MG 2.0

andFENDL/MC 2.0,theprocessedcross sec tionlibrariesforneutron photontransportcalcu lations,version1ofFebruary1998,summarydocumentationreportIAEA NDS 176Rev0[R].vienna:1998.

[5] 刘萍.基于ENDF B !的WIMS 82群截面库

[R].北京:中国核数据中心,2003.

[6] 黄锦华,张国书,阳彦鑫.快热耦合系统的中子

学计算工具 采用确定论方法[J].原子能科学技术,2006,40(2):186 188.HUANGJinhua,Yanxin.

ZHANGGuoshu,

neutronics

YANG

Deterministic

calculation

InternationalAtomicEnergyAgency,

中子平均能量比较

Comparisonofneutronaverageenergy

E/keV

MCNP1)4820968656617683681

TWODANT2)

3630722690655716734

注:1)用MCNP计算,按式(3)给出的中子平均能量

2)用TWODANT计算,按=平均能量

Ei i给出的中子#i

考虑到中子平均能量的定义、计算方法和

截面库的不同,两种程序的计算结果具有可比性。说明用中子通量的平均能量表示中子平均能量是合理的。

4 结论

通过与TETB 混合堆基准计算进行比较,说明选用的程序TWODANT和输运截面库可用来计算启明星1号装置的中子能谱和中子平均能量。通过与蒙特卡罗计算结果的比较,说明用中子通量的平均能量表示中子平均能量是有意义的。

应用TWODANT程序对启明星1号装置的能谱进行的计算结果表明:在快区,由于受中子源的影响,与中子源距离不同,中子能谱变化很大。热区的中子能谱受源中子的影响很小。启明星1号装置的快区具有很硬的中子谱,可

methodforfast/thermal combinedsystem[J].AtomicEnergyScienceandTechnology,2006,40(2):186 188(inChinese).

[7] BRIESMEISTERJUDITHF.MCNP Agener

alMonte CarloN particletransportcode[Z].NewMexico:LosAlamosNationalLaboratory,2000.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ghc1.html