ADS固体靶方案关键物理问题研究

The accelerator-driven subcritical system (ADS) has advantages in nuclear fuel breeding and transmutation of long-lived actinides and fission products. In recent years, gas-cooled ADS caught wide attentions because of its advantages in terms of the compatibility of materials and the operational feasibility of the reactor. However, the feasibility of gas-cooled ADS depends on whether the solid spallation target can operate normally and safely in a helium-cooled system or not, so it is essential for an in-depth study on the key neutron physical and thermal hydraulic characteristics of the solid spallation target. Generally speaking, there is inadequate consideration for the spallation neutron source in the database and a lack of suitable burnup analysis program specialized for the spallation target in international study on neutronics of gas-cooled ADS. The main purpose of the project is to improve the existing reactor physics and the burnup analysis program, and also the nuclear database considering both the characteristics of the spallation target and the subcritical reactor. Key physical problems of the spallation target can be solved by the improved programs, including the influence of spallation target burnup on the spallation neutron source and the subcritical reactor, and the influence of helium cooling mode on the safety of the target, etc. Through the work of the project, the reactor physics program and nuclear database system applied to analyze gas-cooled ADS with a solid spallation target will be completed and a feasible gas-cooled ADS design will be obtained. We hope the work will provide references for the future ADS research in our country.

加速器驱动次临界系统（ADS）在增殖核燃料与嬗变长寿命锕系元素和裂变产物方面具有良好的发展前景。近年来ADS气冷方案因其在材料相容性、堆的可操作性等方面具有优势而受到普遍重视。但固体靶在氦气冷却下能否正常、安全运行，关系到气冷ADS方案的可行性，因此对气冷固体靶的中子物理及热工等关键问题进行深入研究很有必要。目前国际上对固体靶的中子物理学研究中，普遍存在所用数据库对散裂中子源考虑不足、缺乏专门的散裂靶燃耗分析程序等问题。本项目拟针对散裂靶和次临界堆的特性，对现有堆物理计算和燃耗分析程序及数据库进行改进，并对靶区关键物理问题展开研究，内容包括：固体靶的燃耗对散裂中子源以及次临界堆物理特性的影响、靶区的氦气流动与传热方式对靶安全运行的影响等。通过本项目工作，可建成适用于ADS气冷固体靶方案的物理设计程序与数据系统，并通过优化获得可行的ADS气冷固体靶方案，为我国今后的ADS研究提供参考。

加速器驱动次临界系统（ADS）在增值核燃料与嬗变长寿命锕系元素和裂变产物方面具有良好的发展前景，且为近年来的研究热点。本项目针对固体靶ADS方案开展研究，希望开发适用于ADS计算的确定论和蒙特卡罗程序，并对固体靶ADS方案进行设计和研究。在研究过程中，按原研究计划，主要完成了三方面的工作：（1）完成对采用蒙特卡罗方法的MCNPX和ORIGEN耦合程序COUPLE程序从重要核素选择、替代截面数据计算、伴随库更新三方面进行了改进，改进后的COUPLE程序可更好地适用于ADS系统的分析研究。（2）完成带角通量不连续因子的离散纵标程序SN2D的研究开发工作，修正后的SN2D程序可以更好地试用与ADS系统靶区和反应堆的计算分析。（3）设计了一种固体靶ADS方案，并对其靶区和堆芯进行了分析，分析结果表明，该方案能够满足次临界堆预期要求，可作为一种可选的ADS固体靶方案。在项目执行过程中，培养毕业硕士研究生和博士研究生各1名，已投稿期刊及会议论文3篇，申请专利3项。本项目基本完成了预期的研究目标，在ADS固体靶方案的设计以及可用于ADS分析的程序研究方面取得了一定的成果。