[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

说明书

一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法，针对自给能探测器应用于快中子堆堆芯中子通量监测的设计目标，根据自给能探测器位置的中子能谱和核数据库计算自给能探测器材料的等效宏观俘获截面和燃耗率，进而对材料有效性进行中子学分析、物理性质分析、放射性性质分析和电子学分析。各项分析指标基于核数据层面的微观反应机理，同时考虑了快中子堆堆芯监测的运行约束，整体上降低了自给能探测器监测的信号噪音，并保障了分析方法的普遍适用性。这种材料有效性分析方法适合解决自给能探测器创新应用于快中子堆在线监测的材料设计问题，为本领域相关研究提供了高效的分析方法。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯设计及堆内中子探测器领域，具体涉及一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法。

背景技术

由于中子能谱硬，快中子堆在高效利用核能资源以及焚烧长寿命的核废料方面具有得天独厚的优势。基于这些特点，快中子堆在第四代核反应堆的六种候选堆型中占据了主要地位。在世界范围内，快中子堆的发展具有非常久的历史，我国也已经确定了“压水堆-快堆-聚变堆”的发展战略路线。快中子堆是当今唯一现实的易裂变燃料增殖堆型，是我国核能大规模可持续发展的关键堆型。

以钠冷快堆为代表的快中子堆在堆芯不同位置广泛采用探测器组合进行中子通量密度的监测，裂变室探测器被认为是对堆芯可能的运行状态有效的测量仪器。然而，由于裂变室探测器长期置于堆芯活性区外，其对快中子堆堆芯通量的局部变化跟踪是低效率的。而裂变室探测器的裂变介质由于在堆内中子环境下消耗过快，无法应用于这一跟踪目标。因此适用于快中子堆堆内在线监测的仪器被要求进一步发展，以实现更有效的空间分辨率。

作为热中子堆一项十分成熟的技术，自给能探测器已经在商用压水堆实现了广泛的应用，美国西屋公司开发的AP1000和我国自主研发的华龙一号堆型均采用自给能探测器作为堆内中子通量密度的在线监测仪器。由于结构精细、无需外加电源和耐辐照高温等优点，自给能探测器被认为是快中子堆堆内中子通量监测的有效选择：法国CEA针对钠冷快堆开展了自给能探测器的设计和分析工作，意大利罗马大学和KIT面向铅冷快堆和聚变包层开展了自给能探测器的一系列设计验证和辐照实验工作，我国尚未广泛开展自给能探测器在快中子堆应用方面的工作。因此针对其特点，有必要进行快中子堆内自给能探测器的设计和论证研究，本发明专利围绕这一初期阶段的材料选型目标，提出了一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法，针对自给能探测器在快中子堆堆芯中子通量监测的创新应用，基于核数据库和快堆中子能谱实现自给能探测器材料有效性的中子学分析，并进一步开展自给能探测器材料有效性的物理性质分析、放射性性质分析和电子学分析。

为了实现以上目的，本发明采取如下的技术方案予以实施：

一种快中子堆内自给能探测器的材料有效性分析方法，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；