cfbr-ⅱ快中子脉冲堆对外脉冲中子源的响应特性研究

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1、■研0E范8—m究l晓6a—员i强2l4：N96u7c21588@yahoo．com．CnCFBR-II快中子脉冲堆对外脉冲中子源的响应特性研究脉冲反应堆是一种可运行在超瞬发临界状态，能够产生可控、可重复核裂变强脉冲(即持续裂变链的装置。脉冲反应堆处于浅超瞬发临界时，由于裂变链初期发展过程中显著的随机涨落性质，仅有少部分裂变链能够形成持续裂变链。若引发中子源较弱，持续裂变链的引发时刻具有显著的随机涨落特征，“十一五”期间，我们在CFBR—II快中子脉冲反应堆上开展了弱中子源引发实验，观察到了这一现象⋯。采用外脉冲

2、中子源引发时，持续裂变链的引发概率是堆超瞬发反应性和注入堆内外源中子数的函数，研究这类浅超临界系统对外脉冲中子源的响应特性对认识持续裂变链建立、发展及其释能的物理规律具有重要意义。近年来，我们在CFBR-II堆上开展了D—T外脉冲中子源注入浅超瞬发临界系统的实验及相关理论研究，获得了一系列研究成果：(1)建立了D—T外中子源注入浅超临界系统引发持续裂变链的实验方法和控制、测试技术；(2)首次获得了CFBR—II堆在浅超临界状态下，一定强度D—T外中子源瞬时注入条件下的持续裂变链引发概率及相关数据，为理论程序的认证

3、提供了实验点；f3)基于点堆近似的引发概率理论模型合理解释了外脉冲中子源引发实验结果，结合弱中子源引发实验，提升了对浅超临界系统内一个中子引发概率的规律认识。1理论模型与实验设计在点动力学模型近似条件下，若静态超瞬发临界系统内单个中子引发持续裂变链的概率为COf可由点堆近似下的Hansen模型直接求得1，进入堆内的外源中子数为，则中子引发持续裂变链的概率为P=1一e略(1)式中，g为外源中子的等效系数(由于外源中子能量、角度和空间分布的差异，其对引发持续裂变链的贡献不同)。我们研制了基于MC~DSN方法的等效系数

4、计算程序，计算TCFBR—II堆内外源中子在引发持续裂变链意义上的等效系数为0．6461。。实验布局如图1所示，中子管布置于距堆一定距离的确定位置，在脉冲堆处于某个浅超瞬发临界状态f考虑堆的安全性等因素，选择超瞬发临界4，1=0．01Peff，屈fr为缓发中子有效份额)时注入D—T外脉冲中子源来引发脉冲。通过中子管产额的监测和考虑外源引发期间反散射中子的贡献，得到注入堆体的中子数目，重复爆发脉冲，统计外中子源引发的次数，得到外源引发概率实验的一个观测数据点。实验控制方面，最为重要的是时间同步关联，研图1实验布局示

5、意图制了时间同步机，为外源触发和监测、引发时间测量、口脉冲波形测量、点火瞬态测量等系统成功提供了时间零点信号，如图2所示。辱j欠吁⋯⋯--，，⋯-买验l缓期⋯⋯⋯⋯⋯-网L__j———1r¨厂il发时同潮量脉冲lI外露置测棒内限特犟～一意嚣廷逅on。0L．最火瞬态测量ll⋯．圈⋯⋯⋯⋯⋯图2时间同步关联框图外源引发脉冲实验的关键参数如表1所示，这些参数均是在外源注入爆发脉冲时实时监测获得。表1参数测量及目标量监测2实验结果与分析(1)建立引发类型判别方法并首次获得两个状态的引发概率实验数据外中子源引发实验中，堆内

6、始终存在固有的内源中子，无论有无外源注入，终将建立持续裂变链，严格意义上实验是无法区分持续裂变链是由内源中子还是外源注入中子所引发的。但是同外源中子相比内源中子强度很弱，在外源中子引发持续裂变链的数百个微秒时间内，内源中子引发的概率很小，2外源中子引发时间平均值f数百个微秒)和内源中子引发时问平均值(数百毫秒)有数量级的差别(见1图3)，因此可通过引发时间来对点火类型进行初步判定。但仍存在短引发时间的内源中子引发可能(实验中观测到两发引发时间较短的弱源引发脉冲，引发时问分别为0．681ms和0．709ms，与外源

7、引发时间平均值接近)，因此仅从引发时间无法判断其引发源，需要借助瞬态测量数据。这是由于瞬态测量数据直观地反映了外源注入系统后裂变0I20．41O0300500链的发展情况，从测量图像可直观地判断外源是引发时间／ms图3外中子源和内(弱)源中子的引发时间否引发脉冲。首次获得CFB1II堆在瞬发中子增殖率常数=0．02ps一状态、D—T中子管产额为0．91~10和3．26x口l0条件下外源点火概率分别为34．4％~H76．6％，为中子输运计算程序的校验提供了实验数据。(2)首次在实验上测得集体有限裂变链长在弱源引发的

8、情形下，外源将引发多条有限裂变链，；这些有限裂变链从产生到消失所持续的时间称为集体有限链长。由于实验上无法区分每一条的裂变链，观测到的只是持续时间最长的那一条链l3J。集体有限裂变链长姜；与外源注入的有效中子数以及系统的超瞬发反应性有2关，对超瞬发临界系统内裂变链的引发过程研究具有重要意义，图4所示为实测有限裂变链长分布。丁nr]门．．．r-U050l0015O200科学