[发明专利]一种裂变偶探测器及其伽马补偿方法在审

专利信息
申请号: 201711330003.1 申请日: 2017-12-13
公开(公告)号: CN108107466A 公开(公告)日: 2018-06-01
发明(设计)人: 鲁艺;李兵;梁文峰;卢伟;李勐 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院核物理与化学研究所
主分类号: G01T3/04 分类号: G01T3/04
代理公司: 北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司 11385 代理人: 董芙蓉
地址: 621999 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要: 发明公开了一种裂变偶探测器及其伽马补偿方法,所述裂变偶探测器由235U珠、钛珠、康铜珠和铋珠组成,所述伽马补偿方法包括:建立裂变偶伽马补偿结构的模型;计算模型;补偿珠补偿程度模拟;通过补偿珠补偿程度模拟设计补偿型裂变偶的结构;伽马的影响分析。本发明的优点在于:通过与裂变铀珠进行反向串接的方式,可以消除裂变珠内98%的伽马沉积能量引起的温升,为伽马补偿型裂变偶探测器的设计提供依据。
搜索关键词: 裂变 伽马补偿 探测器 伽马 反向串接 计算模型 模拟设计 影响分析 补偿型 沉积 康铜 温升 钛珠 铋珠
【主权项】:
1.一种裂变偶探测器的伽马补偿方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1:建立裂变偶伽马补偿结构的模型;所述伽马补偿结构的模型包括第一热偶和第二热偶,上述热偶分别由两根细热偶丝之间焊接一个金属珠构成,其中第一热偶的金属珠为裂变珠,第二热偶的金属珠采用非裂变材料,对入射中子不产生响应,所述第一热偶和第二热偶成极性相反连接;分析第二种热偶的伽马补偿程度,首先进行以下假设:(1)第一热偶的裂变珠尺寸足够小,以避免中子自屏蔽,确保在它的整个体积上被均匀加热,从而在与热偶引线接触的两个结点上产生的温度一致;(2)热偶引线的几何尺寸足够小,使得由传导端面热辐射引起的传导损失可以忽略;(3)第二热偶的中间金属D与所选择的金属A有同样的密度,以使其对伽马加热有相同的响灵敏度;(4)裂变元件的热传导率无穷大,所以,在中子入射小珠引起裂变的有限时间内,热传导滞后于裂变碎片在小珠内沉积的能量,且小珠内的温度平衡时间可以忽略;(5)裂变元件的热容量与温度无关;步骤2:计算模型,采用蒙特卡罗方法计算得到CFBR-II堆超瞬发4¢时的脉冲波形;将裂变偶模型置于脉冲辐射场下,中子和伽马同时在裂变珠内部沉积能量进而引起温升,采用伽马补偿的方法扣除裂变珠内的伽马沉积能量,使得裂变珠温升仅仅反映中子引起的致热效应;基于蒙特卡罗方法建立CFBR-II脉冲堆堆芯处中子、伽马在裂变珠内的能量沉积计算模型,在模型中,选用一种非裂变材料制成与裂变珠同样尺寸的补偿珠,并假设裂变珠和补偿珠位于CFBR-II堆辐照孔道内的同一平面上,二者表面相距1mm,由位置差异引起的中子、伽马注量差异可忽略;基于该模型,选取不同材料的补偿珠,其形状尺寸均与裂变珠相同,为的实心球体,采用MCNP5计算得到裂变珠和补偿珠内中子、伽马的沉积能量,以及由沉积能量引起的温升如表1所示;表1:不同材料的中子和伽马沉积能量计算结果依据表1中6种金属材料珠与裂变珠内由于伽马射线能量沉积引起的温升,可以分别得到补偿用材料与235U的伽马致热比为:铋/235U为86.1%、钼/235U为20.4%、钨/235U为63.4%、钛/235U为7.6%、镍铬/235U为9.7%、康铜/235U为10.4%;比较这几种材料的伽马致热温升,根据表1的计算结果,分别以铋、钛、康铜作为伽马补偿珠设计材料进行理论模拟和效果分析;步骤3:基于伽马补偿的裂变偶ANSYS模拟;基于裂变偶结构,利用ANSYS WORKBENCH仿真工具建立了有限元计算模型,以CFBR-II堆超瞬发4¢时的脉冲波形作为模型输入条件,珠直径为1mm,偶丝直径为0.05mm、长5mm,设空气对流散热系数为5W/m2·℃,热辐射发射率为0.9,环境初始温度为22℃;考虑裂变时,仅在裂变珠内加载裂变所沉积的能量;考虑伽马影响时,分别在裂变珠、补偿珠、偶丝上都加载相应的能量;在计算模型中将裂变珠替换为相应的补偿珠分别进行计算,分别考虑不同条件下测点温度的变化,从而获得不同组合下达到的补偿效果;步骤4:伽马的影响分析;以CFBR-II堆超瞬发4¢时的脉冲波形作为模型输入条件,测试康铜丝和镍铬丝的平均温度随时间的变化而变化的结果,测试伽马对裂变偶测试温度的影响;步骤5:补偿珠补偿程度模拟,分别对铋珠、钛珠、康铜珠进行补偿效果模拟,两端分别连接康铜-镍铬热偶丝;步骤6:通过补偿珠补偿程度模拟设计补偿型裂变偶的结构;针对裂变珠内的伽马能量沉积,采用铋、钛、康铜三种材料进行补偿,通过在裂变偶电路中与裂变珠反向串联,可以建立4种补偿型裂变偶结构,采用铋、钛、康铜三种材料珠串联使用。
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