中子在超临界水中的散射与近似散射核模型研究

As one of the fourth generation reactors, the supercritical water reactor is better than the previous with higher thermal efficiency and more economy. But it also faces a number of problems, especially, the research of neutron scattering behavior in supercritical water which is a key problem needed to be solved. Thermal scattering data which is very important to reactor design has not yet been evaluated, and it is also a base problem in reactor design. Preliminary studies indicate that hydrogen bonding structure has several significant changes in supercritical water. These changes will effect on the rotation, vibration, elongation vibration and bending of water molecules, and affect the accurate calculation of the scattering cross section at last. First in this research, we are going to analyze applicability of the existing sub-critical state scattering model in the supercritical state and correct it. Second, we will create a new neutron scattering model of water in supercritical state by analyzing the spectral distribution of supercritical water, and then calculate the thermal neutron scattering cross-section data to update the data library by using the new model. This research can provide a strong guarantee of the nuclear data for supercritical water reactor physics research and design. And it can also explore ways to build a new theoretical study of the nuclear data.

超临界水堆作为第四代堆型之一，具有热效率高、经济性好等特点，但也面临着一系列的问题，其中中子在超临界水堆中的散射行为研究是急需解决的一个关键问题。目前在超临界水堆环境下，水的热散射数据尚未得到评价和检验，而相应热散射定律与截面不确定性对堆内重要的堆芯物理参数、中子输运特征及其变化规律的影响成为一个关键的基础问题。初步研究表明：在超临界状态下，水的氢键结构发生了显著的变化，这些变化对水分子的转动、振动、弯曲振动和伸长振动都会产生影响，从而影响到散射截面的精确计算。本项目首先利用已有的亚临界状态下水的散射核模型，分析其在超临界状态下的适用性并进行修正；其次，根据超临界水的频谱分布建立新的中子在超临界水中的散射核模型，进一步依据新模型计算中子散射截面，更新已有的核截面数据库。本项目的顺利开展，可为超临界水堆物理研究提供核数据方面的有力保障，也可为核数据理论研究开辟一条新的探索途径。

超临界水堆作为第四代堆型之一，具有热效率高、经济性好等特点，但也面临着一系列的问题，其中中子在超临界水堆中的散射行为研究是急需解决的一个关键问题。在目前的核反应堆工程研究领域中，束缚原子模型是中子在水中的热化处理方面应用较为成熟的一种模型。在超临界状态下，水的氢键结构发生了显著的变化，主要体现在：一、氢键随温度的升高逐渐减弱；二、由于温度升高使氢原子热运动增强,水的四面体结构缺陷增加,氢键的平均寿命显著缩短。氢键的这些变化对水分子的转动、振动、弯曲振动和伸长振动都会产生影响，进一步影响到散射角余弦，从而影响到散射截面的精确计算。对于不同的束缚原子模型，其影响需要分别予以研究。现阶段国内外未见相关研究公开报道，因此本课题属于探索性研究，具有一定的难度。.本课题通过研究，确定了Nelkin模型修正关键参数，并且对超临界态下的水分子运动进行分析推导，确定超临界水的结构特性与中子散射截面之间的关系，并将超临界水状态参数代入Nelkin模型进行计算，与亚临界态下中子在水中的散射截面进行对比分析。同时对现有的轻水散射核模型-IKE模型进行分析推导，利用第一性原理模拟超临界水分子频谱等相关参数，对IKE模型进行适当修正，使之适用于超临界水热中子散射问题的研究，并进行IKE模型计算及验证。根据修正后的模型开发了堆芯物理计算用多群数据库，并进行了计算分析。初步结果表明，数据库能够适用于超临界水堆相关探索性研究。课题开展对中子在超临界水堆研究中核数据库的更新工作做了的铺垫，具有积极意义。