加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)堆頂輻射特征研究.pdf

1、加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)（ADS）因其對(duì)高放射性核廢料的嬗變能力及其固有安全性，被國際原子能機(jī)構(gòu)稱為“下一代先進(jìn)核能系統(tǒng)”，吸引了國際上眾多單位的關(guān)注和研究。輻射屏蔽是保障核能安全的重要屏障，是ADS裝置研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一。由于ADS裝置耦合了加速器、散裂靶、次臨界堆三大系統(tǒng)，其束流管道直接伸入堆芯輻射最強(qiáng)的區(qū)域，在輻射屏蔽方面與一般的核能系統(tǒng)有很大不同，如:項(xiàng)蓋以上空間的輻射除了受到堆內(nèi)粒子貫穿頂蓋的影響，還有束流管道粒子泄漏及加速器運(yùn)行

2、時(shí)束流損失的貢獻(xiàn)，此外ADS系統(tǒng)中粒子種類也較多，包括帶電粒子、高能散裂中子、裂變中子、其他次級(jí)粒子等，現(xiàn)有的屏蔽計(jì)算方法和工具難以適用。
　　本文利用核設(shè)計(jì)與安全評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)SuperMC等程序，針對(duì)ADS堆頂輻射特征的關(guān)鍵問題開展研究，主要工作及創(chuàng)新性如下:
　　(1)ADS器靶堆耦合源項(xiàng)計(jì)算方法研究:現(xiàn)有的直接模擬法難以滿足工程設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算效率的要求，而一般分步輸運(yùn)模擬法對(duì)散裂中子源進(jìn)行了近似處理，難以保證后續(xù)計(jì)算的準(zhǔn)確

3、性。在詳細(xì)分析散裂靶內(nèi)粒子級(jí)聯(lián)反應(yīng)過程特征的基礎(chǔ)上，首次提出了一種基于“族譜”關(guān)系進(jìn)行散裂源中子識(shí)別與篩選的器靶堆耦合源項(xiàng)計(jì)算方法。該識(shí)別與篩選原則，充分考慮了散裂中子的所有子父代關(guān)系，有效剔除了關(guān)系鏈上的重復(fù)中子，提高器靶堆耦合源項(xiàng)計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過散裂靶例題測試，結(jié)果表明該方法在保證精度的前提下提高了計(jì)算的效率。
　　(2)ADS堆頂輻射屏蔽研究:基于250MeV質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的10MW次臨界反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)，研究ADS堆頂輻射特征，分

4、析堆內(nèi)粒子通過頂蓋貫穿、質(zhì)子管泄漏及加速器束流損失三種源項(xiàng)對(duì)堆頂輻射場的貢獻(xiàn)。分析發(fā)現(xiàn)，在ADS堆頂屏蔽設(shè)計(jì)中，由加速器束流損失造成的次級(jí)輻射場是不可忽略的?；谏鲜龆秧斴椛涮卣鳎岢隽艘粋€(gè)初步能夠滿足運(yùn)行工況下要求的質(zhì)子管局部屏蔽方案。
　　(3)針對(duì)未來ADS示范堆，研究高能入射質(zhì)子對(duì)ADS堆頂輻射特征的影響:首先根據(jù)散裂中子產(chǎn)額隨入射質(zhì)子能量變化情況，確定出單位能量的產(chǎn)額緩慢變化（即拐點(diǎn)）處的能量。隨后，在給定次臨界度和堆芯