金属活性区临界装置外源等效性研究

External neutron source is often be used to drive critical assembly of metal in experiments. Neutrons from external source are different from intrinsic neutrons with energy spectrum, distribution and value of neutrons in the core of critical assembly. External source is deffer from intrinsic source about multiplication and fluctuation of neutrons number. It is necessary to find a stand neutron source in order to study the macrocosm principle of critical assembly. Intrinsic neutron source is the best choice. It is important to research the equivalence of external neutron source to intrinsic neutron source. We use the method of injecting single pulse neutrons into assembly to get the equivalence of external neutron source through measuring the dynamic curve of neutrons in assembly.The method of studying equivalence of external neutron source is build using theory calculation and experiment.

临界装置运行经常需要外加中子源进行驱动，外中子源注入到临界装置后由于能谱、分布以及价值等特性与本征中子源存在差异。不同的外中子源条件下，系统的增殖以及源产生的功率波形存在较大的差别，因此对临界装置的安全启动和核性能参数测量带来影响。为研究临界装置宏观物理规律需要采用统一的本征中子源来进行描述，外中子源就需要与本征中子源建立等效关系。采用单脉冲源注入临界装置，观察中子数动态变化的方法研究外中子源与本征源的等效关系。由外中子源入射总中子数和本征源中子动态变化曲线得到等效系数。建立金属活性区临界装置外中子源与本征源的等效计算模型和方法，获得外源中子到本征中子的演化过程和平衡时间，认识装置内外中子源到本征源的转化机制。开展外中子源注入装置的实验研究，考核计算模型。

反应堆以及临界装置实验时经常用到外中子源，由于中子源的能谱、位置等差异，核系统的响应是不同的。为了描述统一的反应堆物理规律和研究特定中子源对核系统的作用效果，需要建立外中子源的等效方法，获得等效性系数。等效方法建立的原则是外中子源与本征源的作用效果相同，那么等效系数就是对同一核系统的作用效果之比。高浓铀金属型脉冲堆的中子寿命较短，中子的平衡时间较短，是研究外源等效性的理想平台。因此我们以CFBR-Ⅱ为研究对象，研究不同中子源对该堆的等效性。等效性计算的前提是堆内中子数达到平衡的本征状态，因此需要先确定核系统的平衡时间。我们采用随机中子输运程序MCNP计算了外源注入到堆芯内的演化过程，获得了裂变率分布随时间的变化。以中子注量分布为表征量，以本征分布偏离度为判定标准，建立了残差判定法，获得了不同外源、不同形状活性区的平衡时间。计算结果表明，高浓铀金属型装置的平衡时间为百纳秒量级。因此不论等效性计算还是实验，本征源的确定必须在平衡时间之后。计算获得了不同能量、不同位置的各类中子源的等效性系数。为验证等效性的计算结果，提出了以单脉冲中子源注入到脉冲堆的实验方法，以金属型脉冲堆CFBR-Ⅱ为平台建立了整套实验系统，开展了一个状态的实验，获得了2m处14MeV中子的等效系数，等效计算方法和结果得到了实验的验证。我们把等效方法应用到墙壁散射中子的研究中，把泄露中子等效为时间相关的本征源，由此求解得到的脉冲波形与实验较为一致，从而合理解释了脉冲波形后沿衰减变慢的现象。等效方法可以把复杂(分布、能谱、时间等差异)的外源看做本征源来处理，还可应用到更多的方面，可以很方便地描述统一的链式反应物理规律和外中子源对装置的作用效果。