核数据不确定性对ADS系统Keff等积分量的影响和WIMS82群库的研制

来源 :中国原子能科学研究院 | 被引量 : 9次 | 上传用户:grace_925
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该论文包括两方面的內容,其一研究了加速器驱动的次临界系统(简称ADS系统)中所用核素的核数据的不确定性对此系统中积分量的影响,其二是根据中国原子能科学研究院的“启明星一号”次临界装置计算的需求,研制了包括134个核素的WIMS 82群群常数库。 1.核数据不确定性对ADS系统中keff等积分量的影响 核工程计算的不确定度主要由两个方面的因素引起的:一是理论模型和计算技术;二是所使用的核数据本身的误差。随着理论模型的不断完善、计算机技术的不断更新和Monte-Carlo(以下简称M-C)等方法的广泛应用,计算机和计算方法所引入的误差已不是影响核工程计算精度的主要原因。因此,核数据误差引起的核工程计算的不确定性就显得更为重要了。 ADS系统与常规的临界堆不同,其自始至终处于次临界状态,有效增殖因子keff值在0.90-0.98之间变化。ADS次临界堆有它特殊的中子学问题,是一种新的核能系统,因此,研究核数据不确定性对ADS系统中keff等积分量的影响具有重大的意义。 本论文从加速器驱动的次临界装置出发,采用M-C数值模拟方法,研究了ADS系统中所用核素的核数据的不确定性对此系统中积分量的影响,进而评估了所用核素的不确定性的主要贡献者。研究了keff的灵敏度。重点研究核数据不确定性对有效增值因子keff值的影响,同时也研究了对反应率的影响。 本论文采用连续能级的M-C程序MCNP4C进行数值模拟计算。对于MCNP4C计算时用到的源项分布,采用M-C计算程序MCNPX宋计算相应的散裂中子谱,当能量En>20 MeV时自动截断。在数值模拟计算时,分别计算了对核素的截面变化和双微分谱的变化时keff值的响应量。在对核素的截面扰动时采用几种方法,一是针对装置中每个核素的总截面单独进行扰动,一是针对同一核素的各种反应截面进行扰动。另外,还研究了选择不同的微观评价库CENDL-3.0、JENDL-3.2及ENDF/B-Ⅵ.2等对次临界装置中keff值及各种反应率的影响。 通过研究核数据不确定性对ADS系统中keff值及各种反应率值等的影响程度,可以看到:中国原子能科学研究院博十学位论文 (l).核数据不确定性对场值等积分量的影响与核素在ADS系统中的含量有关。Zr、’39Pu、Pb、Bi等核素在次临界系统中的含量较大,其对场值的灵敏度的绝对值也较大。 (z).核数据不确定性对场值等积分量的影响与核素在ADS系统中的位置有关。次临界系统堆芯中的Pb、Bi对场值的响应为负,反射层中的Pb、Bi对标值的响应为正。 (3).加速器驱动擅变(ATw)系统的场值对各种反应截面的灵敏度不同。场值对239Pu的。值和裂变截面的灵敏度(△uk)最大;’4‘Pu和’4oPu的。值和裂变截面,Pb和209Bi的弹性截面,239Pu和”gTc的俘获截面的灵敏度也较大。因此,在进行次临界堆的计算时,对于239Pu、24‘Pu、240Pu、Pb、Bi、”9几等重要核素的重要截面一定要选择精确的微观评价截面数据,以计算出精确的场值。 (4).研究表明,当Pb作为反射层时,在其截面数据本身不变的情况下,其双微分谱的不确定性对次临界系统的场值的影响也是比较大的。 (5).研究表明,选择不同的微观评价核数据库对所计算的次临界系统的积分量还是有一定的差别的。由cENDL一3.0库及JENDL一3.2库中的Alll同位素及’45cm、’37Np与ENDF/B一vl库相应的核素的评价差别而引起的ADS系统标值的总变化约为一140OPcm。 (6).本论文对于其中的散裂中子谱,当能量En>20 MeV时自动截断。由于目前中子评价截面数据库己扩展到150 MeV,如美国研制的LA150库。但由于群常数制作程序系统NJOY及M一C程序MCNP4C的局限性,使得对于能量为20 MeV以上能区核数据的不确定性研究来评估ADS系统中在全能区直接计算中子通量分布的重要性未能得到实现。2.WIMs82群截面库的研制 WIMS/D是一个适用于热中子反应堆计算的栅元计算程序,WIMS 69群群截面库是其本身所带的工作库,该库的能量上限为10 Mev。其69群群结构包括了42群热群及27群超热群(其中共振群为13群,快群为14群)。 中国原子能科学研究院根据ADS课题研究计划,将建立“启明星号”次临界中国原子能科学研究院博士学位论文装置,该装置是一快热祸合系统。将在该次临界装置上开展中子学实验,为了校验所测实验值的正确性和校验相关核数据,希望能够将WIMSD程序用于该装置的计算中。能量上限为IOMeV对于平均能量为eV量级的热堆而言是足够了,但对于平均能量为keV量级的快堆,WIMS的能群结构就不是很适应了。对于加速器驱动的次临界堆而言,其散裂中子的平均能量在SMeV左右,其中1一ZOMev之间占约50%,IOMeV的能量上限显然不能满足计算需求。另外,随着堆中子平均能量的上升,中子散射的各向异性更加显著,不可忽略。因此,为了使WIMS能够适用于快热藕合系统(启明星1号)的计算,对其能群结构和散射矩阵进行扩展都是十分必要的。 本论文根据启明星1号的特点,在WIMS82群库制作时,即保留了WIMS库原有的在热堆计算中的特点,又考虑了能群边界能够体现快系统的特点,将能量上限由10 Mev扩充到20Mev,IOMev以下仍然保留了原有?
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