基于源驱动噪声分析方法的次临界keff测量方法研究

The subcriticality of fissile assemblies is essential to safe processing, transportation, and storage operations. The assurance of the subcriticality of various fissile material operations is commonly obtained by criticality safety evaluations for the specific operation. However, most methods for measuring reactivity have certain disadvantages. The subcritical source-driven noise measurement has advantages over other subcritical measurement methods in that reference measurements at delayed critical are not required for interpreting the measurements. Therefore, benchmark or in-situ subcritical measurements can be performed outside a critical experiment facility, which has been successfully carried out in the US. However, this method is only beginning to develop in our country. Based on former work,this research is working on the theory to intepret the spectral ratio to determine the keff of the nuclear system. In this model a Monte Carlo code, which directly simulates the measurements, is used in conjunction with measured values. And then first-order perturbation theory can be used to obtain an expression to determine the "measured" keff. Propagation of error is used to obtain the uncertainty in keff and its bias.

核临界安全的研究伴随着核材料的生产、运输、储存的各个方面。临界安全研究的核心是获得核系统的keff以判断系统偏离临界的程度。现有测量次临界反应性的方法都有一些局限性。源驱动噪声分析方法是噪声分析技术在核科学的应用，可以直接测量次临界场景下的keff，而且具有较高的精度。以往研究已经基本解决功率谱测量问题，本研究在其基础上，研究功率谱密度与keff关系的模型，拟借鉴国外最新采用的随机模型，利用Geant4工具包开发程序直接模拟出实验测得的时域和频域参数，利用一阶微扰理论，将实验和理论值比较得到keff，并评估其不确定度，为将来实现现场次临界度测量应用及提供次临界基准实验数据做好准备。

源驱动噪声分析法在临界安全领域是一种非常重要测量次临界系统keff的技术。相对与其他次临界测量方法，该方法能够直接测量次临界系统的keff，无需缓发临界附近的标定。根据项目研究计划，本项目在研究周期内完成了全部研究内容。研究期间开展了四个方面的工作：.（1）分别基于中子输运方程和随机中子场理论，系统分析了源驱动噪声分析法测量过程的理论模型。 经理论研究，源驱动噪声分析法的“点堆”模型在建模过程中做了如下假设：首先，“点堆”动力学方程适合描述核系统中中子的动态行为；其次，“点堆”模型下的结论只针对俘获型探测器，对其他类型的探测器结论则不适用。“点堆”模型虽然存在适用性的问题，但是较随机中子场理论模型，该模型下的结论物理图像简洁明了。.（2）引入了微扰理论，系统研究了基于功率谱密度比值的keff随机微扰确定过程。研究结果表示，该方法适用于大部分核系统，适用性强。.（3）开发了基于GEANT4的源驱动噪声分析法测量过程的蒙特卡罗模拟程序，并对程序进行了基准检验。程序的基准结果以及后续的实验结果不确定度和灵敏度分析表明，模拟程序的计算结果是可靠的。针对ICSBEP中的基准模型，基于开发程序计算而确定的keff实验值与MCNP-DSP确定值之间差异小于1%。.（4）研究keff确定过程中的误差传递，建立的源驱动噪声分析法测量keff过程中的不确定度和灵敏度分析方法。.通过本项目开展的研究，为将来利用源驱动噪声分析法实现现场次临界度测量应用及提供次临界基准实验数据做准备。