[发明专利]一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法

权利要求书

1.一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：读取快中子堆内含自给能探测器的燃料组件的几何尺寸和材料信息，求解燃料组件的稳态中子输运方程即公式(1)进而得到自给能探测器位置的中子能谱和光子能谱；

式中：

φ(r,E,Ω)——燃料组件某一位置r处、运动方向为Ω、能量为E的中子通量密度；

φ(r,E′,Ω′)——燃料组件某一位置r处、运动方向为Ω′、能量为E′的中子通量密度；

Σ_t(r,E)——燃料组件某一位置r处、能量为E的中子的宏观总截面；

Σ_s(r,E′→E,Ω′→Ω)——燃料组件某一位置r处、初始运动方向为Ω′、能量为E′的中子发生散射反应后出射中子运动方向为Ω、能量为E的宏观散射截面；

S(r,E)——燃料组件的裂变源和外源项；

步骤2：读取快中子堆内自给能探测器的材料，利用多群核数据库得到自给能探测器材料的原子核密度、微观俘获截面和微观吸收截面；

步骤3：根据步骤1得到的自给能探测器位置的中子能谱和步骤2得到的自给能探测器材料的原子核密度、微观俘获截面和微观吸收截面，利用公式(2)计算自给能探测器材料的等效宏观俘获截面，并利用公式(3)计算自给能探测器材料的燃耗率；

式中：

——自给能探测器材料的等效宏观俘获截面；

φ(E)——自给能探测器位置的中子能谱；

N——自给能探测器材料的原子核密度；

σ_γ(E)——自给能探测器材料的微观俘获截面；

ΔE_FR——自给能探测器位置的中子能谱φ(E)的能量范围；

式中：

B(t)——自给能探测器材料在t时刻的燃耗率；

N(τ)——自给能探测器材料在τ时刻的原子核密度；

φ(E,τ)——自给能探测器位置在τ时刻的中子能谱；

σ_a(E)——自给能探测器材料的微观吸收截面；

步骤4：根据步骤3获得的自给能探测器材料的等效宏观俘获截面和燃耗率对快中子堆内自给能探测器的材料有效性进行中子学分析；具体内容包括：自给能探测器材料的等效宏观俘获截面应大于单质铑的等效宏观俘获截面，自给能探测器材料的燃耗率应小于单质铑的等效宏观俘获截面的1.5倍；

步骤5：根据步骤2读取的自给能探测器材料对快中子堆内自给能探测器的材料有效性进行物理性质分析；具体内容包括：该自给能探测器材料的熔点应高于正常运行工况下的快中子堆堆芯温度，该自给能探测器材料的电导率应大于5×10⁶S/m，该自给能探测器的材料是稳定核素且易于工业加工；

步骤6：根据步骤2读取的自给能探测器材料对快中子堆内自给能探测器的材料有效性进行放射性性质分析；具体内容包括：利用衰变核数据库得到自给能探测器材料发生俘获反应后的子核放射性信息，如果子核放射性信息中含有半衰期小于2小时的β-衰变，则该自给能探测器分类为延迟型自给能探测器；若未含有半衰期小于2小时的β-衰变，则分类为瞬发型自给能探测器；延迟型自给能探测器的子核β-衰变半衰期不能超过2小时，瞬发型自给能探测器的子核放射性衰变半衰期必须大于1个月；

步骤7：根据步骤1得到的自给能探测器位置的中子能谱、光子能谱和步骤2读取的自给能探测器材料对快中子堆内自给能探测器的材料有效性进行电子学分析；具体内容包括：根据自给能探测器位置的中子能谱、光子能谱和自给能探测器材料以及典型的热中子堆内自给能探测器几何结构，利用蒙特卡罗中子-光子-电子耦合输运程序统计该自给能探测器材料产生的中子有效电流和光子有效电流；利用公式(4)计算自给能探测器的信号转换效率，并利用公式(5)计算自给能探测器的中子电流比例；所得到的自给能探测器的信号转换效率应大于0.9，中子电流比例应高于65％；

式中：

η——自给能探测器的信号转换效率；

I_n(t)——自给能探测器在t时刻产生的中子有效电流；

I_γ(t)——自给能探测器在t时刻产生的光子有效电流；

I_Rh,n(t)——铑自给能探测器在t时刻产生的中子有效电流；

I_Rh,γ(t)——铑自给能探测器在t时刻产生的光子有效电流；

R_n——自给能探测器的中子电流比例。