反射中子对脉冲堆特征参数的影响

Burst reactors, which can generate high intensity neutron pulses, are used in many places and sometimes reflectors are needed for some special experiments. However, the time behavior of the reflected systems can not be satisfactorily characterized by the traditional two region kinetic model. And consequently, there are some disagreements of the pulse parameters between the theory and the calculation. We will build a revised time correlated two-region kinetic model, which describe reflected neutrons as the fundamental mode neutrons with time delay by using the external neutron source equivalence method and analyze the coupling relationship between reactor core and the reflector. The revised model will be test by analyzing the influence of reflected neutrons to reactivity, initial period, peak power, pulse shape and fission yield etc., and the multi-mode decay of prompt neutrons, directional discrepancy and expanded shape will be explained using the new model. Pulse experiments with reflectors will be carried out to verify the new model. The new model can be used to enhance the operation safety, and improve the experimental design and parameter accuracy, and also be used in common reactors.

脉冲堆用于产生高强度中子脉冲，在较多的场所得到应用，且一些特殊的要求还需要增加反射层，传统的双区动力学模型还不能描述带反射层的脉冲堆反射中子时间特性，使得脉冲堆参数存在理论和实验不一致的现象。本项目采用外中子源等效方法，将经反射层返回堆芯的中子等效为具有时间延迟和扩展特性本征中子源，分析堆芯与反射层的耦合关系，建立描述反射层系统的时间关联改进的双区动力学模型。并通过分析脉冲堆实验中反射中子对反应性、初始周期、峰功率、脉冲形状、裂变产额等参数带来的影响，对改进的模型进行验证，获得瞬发中子衰减的多模式衰减、反应性定向差、脉冲波形展宽等的解释。进一步设计和开展凸显反射中子效应的脉冲堆实验，验证时间关联双区动力学模型的有效性。该模型还可应用到一般的带反射层反应堆，可提高反应堆运行的安全性、实验设计和参数测量的准确性。

为描述带反射层裂变系统某些瞬态过程特殊的现象，在传统的双区模型的基础上提出时间关联双区模型，采用等效源的方法将反射中子等效为具有时间展宽性质的本征源，从而建立了方便求解的动力学方程，并编写了数值求解程序。利用该程序完成了脉冲堆波形的特征参数的分析，反射中子的存在，使得脉冲波形的后沿衰减变慢，脉冲坪抬高、脉冲宽度变大。利用时间关联双区模型，设置了反射中子贡献，在理论上证明了上述特征参数的变化是由反射中子引起的。利用该模型分析了脉冲堆特有的反应性定向差的问题，定向差是指相同的核系统状态，不同的测量方式获得的反应性存在定向的差异，这是脉冲堆特有的现象，通过关联双区模型的分析，我们得知这种差异来自测量方法的瞬态和稳态的差异，在稳态过程中，所有的中子均能参与其中，而在瞬态过程中，反射中子只有不能参与，另一部分反射中子未能来得及返回，从而造成了测量的差异。我们组建了瞬态方法的测量系统，同时利用已有的稳态测量方法，在CFBR-II堆上开展了验证实验，结果证实了反射体的增加会加大定向差的差异，从而证明了反射中子会导致定差的出现。采用该模型还分析了关闭系数和平衡时间，发现反射层(体)存在减小了关闭系数，增加了平衡时间。该模型因包含了准确的时间信息，在处理双区的瞬态过程中具有较大的优势。