利用主动中子测量乏燃料中U－Pu含量的新型无损技术研究

加速器驱动次临界系统（ADS）的运行，必然涉及乏燃料的处理。而乏燃料的无损分析技术是一种新发展的重要技术，可以为ADS内核燃料以及其他反应堆的燃烧程度判别提供技术支撑。本项目提出了一种全新乏燃料中U－Pu含量的无损测量方法。在该方法中，通过测量中子诱发乏燃料发射的瞬发与缓发中子，并建立相应的联立方程，得出乏燃料中的U－Pu含量。项目将采用计算机模拟与实验相结合，计算机模拟上，项目不仅要研究影响此方法的测量精度的各种因素，而且还将探讨将此方法拓展到在线监测ADS内核燃料燃烧度的可能性；实验上，项目将以兰州大学已有的强流中子发生器为基础，测量"模拟乏燃料"的相关成分的含量，比较模拟与实验的结果，检验模拟思想、模拟程序，优化模拟设计并在实验上论证新方法的正确性。

大多数的铀和钚以商业乏燃料组件的形式储存。为了防止核扩散，在储存过程的前后，乏燃料组件中铀和钚含量的检测是非常重要的。国际原子能机构（IAEA）一直致力于开发设备和技术力量来对乏燃料组件中的铀和钚的含量进行量化。在这种情况下，无损检测技术已经成为量化乏燃料成分的重要手段，在核材料的控制及其检查和保障核材料的过程中扮演了重要的角色。此外，测量瞬发和缓发中子已经在文献在文献中由报告，但是几乎没有工作将瞬发和缓发中子结合起来，建立联立方程来测量乏燃料中235U和239Pu中的含量。因此，我们提出了一种新的无损检测方法，通过3He正比计数管来分别测量瞬发和缓发中子，然后根据测量的瞬发和缓发中子来建立联立方程，从而得到乏燃料中235U和239Pu中的含量。 .本工作主要进行了下面五个方面的工作：一、中子慢化：利用GEANT4程序模拟了14 MeV D-T中子源的慢化，选取了合适的慢化材料以及慢化材料的最佳厚度，最终将慢化后中子能量低于10 eV 的中子作为诱发裂变中子源。二、中子的裂变：通过对GEANT4关于239Pu元素的截面数据库的添加和对相应源代码的修改，利用了GEANT4程序模拟了中子诱发乏燃料中235U和239Pu裂变，得到裂变中子谱及缓发中子的时间谱。三、中子探测器：利用GEANT4程序模拟了3He中子探测器对裂变中子的探测，研究了中子探测效率与入射中子能量、3He气体压强和探测器中慢化体厚度等变化的关系。最终将模拟得到的瞬发中子和缓发中子数联立方程，得到乏燃料中铀钚含量与程序中设定的铀钚含量进行对比，两者的误差控制在3%以内，很好的验证了该方法的可行性。四、探索了利用GEM作为中子位置灵敏探测器的可能性，得到了实验与理论计算一致的结果。五、利用能量分别为2.5MeV与14MeV的两种单能中子源，研究了不同靶厚条件下，中子增值对无损检测精度的影响。