[发明专利]一种自给能中子探测器静电效应的评估方法

权利要求书

1.一种自给能中子探测器静电效应的评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：给出实际反应堆中自给能中子探测器附近的中子-光子源分布，作为蒙特卡罗程序的输入；由蒙特卡罗程序模拟自给能中子探测器内的粒子输运过程，得到单位时间内自给能中子探测器发射极单位平均中子、光子通量密度下自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处的电荷沉积速率分布v_q，dep(r，t)；

步骤2：将反应堆内实际自给能中子探测器发射极平均中子通量密度φ_n，emi、平均光子通量密度φ_γ，emi以及步骤1中得到的单位时间内自给能中子探测器发射极单位平均中子、光子通量密度下自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处的电荷沉积速率分布v_q，dep(r，t)代入公式(1)，得到零时刻对应自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷沉积速率分布V_q，dep，0(r，t)；

V_q，dep，0(r，t)＝(φ_n，emi+φ_γ，emi)·v_q，dep(r，t) (1)

步骤3：由于零时刻自给能中子探测器绝缘层中积累的电荷量为零，不存在电场，因此零时刻自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处由于电场的存在而引起的电荷流失速率分布V_q，out，0(r，t)为零；

步骤4：将步骤2和步骤3中得到的V_q，dep，0(r，t)以及V_q，out，0(r，t)代入公式(2)得到零时刻自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷净沉积速率分布V_q，0(r，t)；

V_q，0(r，t)＝V_q，dep，0(r，t)-V_q，out，0(r，t) (2)

V_q，cur(r，t)＝V_{q，dep，pre}(r，t)-V_{q，out，pre}(r，t) (2-1)

V_q(r，t)＝V_q，dep(r，t)-V_q，out(r，t) (2-2)

步骤5：设定时间步长为Δt，将单个时间步长前一个时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷沉积速率分布V_{q，dep，pre}(r，t)以及电荷流失速率分布V_{q，out，pre}(r，t)作为当前时间点的初值，并假设电荷总沉积速率和电荷总流失速率在单个时间步内线性变化，进行单个时间步内的电荷自平衡迭代计算，得到当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处稳定的电荷沉积速率分布V_q，dep(r，t)以及电荷流失速率分布V_q，out(r，t)，步骤如下：(a)将V_{q，dep，pre}(r，t)以及V_{q，out，pre}(r，t)代入公式(2-1)得到当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷净沉积速率分布V_q，cur(r，t)，并且将当前时间步前一个时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷净沉积速率分布V_q(r，t-Δt)、电荷分布Q(r，t-Δt)和V_q，cur(r，t)以及时间步长Δt代入公式(3)得到当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷分布Q(r，t)；(b)根据步骤(a)中得到的Q(r，t)以及自给能中子探测器绝缘层体积获得当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电荷密度分布ρ₀(r，t)，并拟合得到其解析式ρ(r，t)；(c)将步骤(b)中得到的ρ(r，t)代入泊松方程(4)并求解，获得当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电势分布并由公式(5)得到当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处的电场分布(d)将步骤(c)中得到的加入蒙特卡罗模拟过程中，采用步骤1、步骤2的方法得到当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处新的电荷沉积速率分布；(e)由于电场的存在，自给能中子探测器绝缘层中会形成电流，不同半径位置处的电流密度分布由公式(6)得到；(f)当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处由于电场的存在而引起的电荷流失速率分布V_{q，out，cur}(r，t)由公式(7)得到；(g)如果前后两次迭代计算得到的电荷流失速率分布V_{q，out，cur}(r，t，i-1)、V_{q，out，cur}(r，t，i)满足条件(8)，则自平衡迭代计算收敛，否则重复步骤(a)-(f)；

Q(r，t)＝Q(r，t-Δt)+0.5·Δt·[V_q，cur(r，t)+V_q(r，t-Δt)] (3)

式中，ε为自给能中子探测器绝缘层材料的相对介电常数；

式中，σ为相应温度下自给能中子探测器绝缘层材料的电导率；

式中，为自给能中子探测器绝缘层中不同半径区间后一个半径位置处的电流密度分布；S(r)＝2πrL为自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处的轴向截面积，L为自给能中子探测器长度；

|V_{q，out，cur}(t，i)-V_{q，out，cur}(t，i-1)|＜ε₀ (8)

式中，V_{q，out，cur}(t，i)＝∑V_{q，out，cur}(r，t，i)为单个时间步内电荷自平衡计算第i次迭代计算得到的当前时间点自给能中子探测器绝缘层内的电荷总流失速率；V_{q，out，cur}(t，i-1)＝∑V_{q，out，cur}(r，t，i-1)为单个时间步内电荷自平衡计算第i-1次迭代计算得到的当前时间点自给能中子探测器绝缘层中内的电荷总流失速率；ε₀为自平衡迭代计算收敛残差；

步骤6：将步骤5中得到的当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处稳定的电荷沉积速率分布V_q，dep(r，t)以及电荷流失速率分布V_q，out(r，t)代入公式(2-2)，得到当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处稳定的电荷净沉积速率分布V_q(r，t)；如果由步骤6得到的V_q(r，t)满足条件(9)，说明自给能中子探测器绝缘层内的电荷分布Q(r，t)已达到稳定，则全局平衡迭代计算收敛，输出自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处的电势分布以及电场分布否则重复步骤5、步骤6继续全局平衡迭代计算；

|V_q(t)|＜ε₁ (9)

式中，V_q(t)＝∑V_q(r，t)为当前时间点自给能中子探测器绝缘层内稳定的总电荷净沉积速率；ε₁为全局平衡迭代计算收敛残差。

2.根据权利要求1所述的自给能中子探测器静电效应的评估方法，其特征在于：步骤6中所述的当前时间点自给能中子探测器绝缘层中不同半径位置处稳定的电荷净沉积速率分布为当前时间点自给能中子探测器绝缘层不同半径位置处由于射线引起的电荷沉积速率分布减去由于电场的存在而引起的电荷流失速率分布。