大块板状样品中子核数据宏观基准检验研究

Evaluated nuclear data is the basic data of the neutronics calculation. Its reliability and accuracy affect the design of nuclear engineering directly. Benchmark experiment is an important means to validate the accuracy of the evaluated nuclear data. At present, the Accelerator Driven sub-critical System (ADS), the fourth generation reactors (such as thorium-based molten salt reactor) and fusion reactor attract more and more interests in the world as new type of nuclear systems. Compared to traditional nuclear reactor, its working principle and structure design are different, the accuracy of some corresponding nuclear data are not good enough and some nuclear data are even missing. Therefore, these data need to be renewed or complemented. For example, 1) the nuclear data of Bi and Pb, associated with the ADS target material; 2) the nuclear data of Th, which related with Thorium-based molten salt reactor; 3) the structure material such as Al and Cu;4) the shielding material such as Si and Fe. The purpose of this study is to build a benchmarking experimental system with large slab sample. System test using standard sample method will be performed, and more experiments will be done in the future for benchmarking of other important nuclear data. This work will provide experimental data to support the establishment of the database related to fuel proliferation and waste transmutation.

评价中子核数据是中子学计算的基础数据，它的可靠性和精准度直接影响核工程设计中子学计算结果的质量，甚至关系到成败。宏观基准检验是检验评价数据可靠性的重要手段。目前，加速器驱动次临界系统(ADS)、第四代反应堆（如钍基熔盐堆）以及可控核聚变等已成为国际上新型核能系统研究的热点，这些新型核能系统和传统核反应堆相比，其工作原理和结构设计有较大区别，一些关键核数据存在精度不高甚至部分核素数据缺失的情况。因此，需补充和更新很多核数据库中的数据，比如：①与ADS相关的靶材料核素Bi和Pb；②与钍基熔盐堆相关的Th；③结构材料元素，如Al、Cu等；④屏蔽材料元素，如Si、Fe等。本研究的目的是基于中国原子能科学研究院现有的实验设备，建立一套大体积样品核数据宏观基准检验实验系统。利用标准样品法完成系统检验，为将来开展其他重要核素的基准检验奠定基础，为建立相对完善的核燃料增殖与嬗变相关数据库提供实验数据支持。

中子学积分实验是检验评价中子核数据库数据质量的一种重要手段，是核数据库建设工作的一项重要研究内容。国际上已开展了大量重要核素的积分实验，对数据库更新起到了重要作用，而国内此方面的工作开展较少。铁是核装置的重要结构材料，其快中子截面数据的精确度对新型核装置设计具有重要意义。本研究采用板状铁样品，开展了氘氚聚变中子学积分实验研究和模拟研究，目标是对铁核素的中子核数据进行宏观检验。 利用中国原子能科学研究院中子核数据宏观基准检验实验系统，通过飞行时间法，完成了氘氚聚变快中子在大体积板状铁样品上60°和120°方向出射的泄漏中子的实验测量，通过对原始数据的n-γ甄别、本底扣除、反演、数据归一等过程，得到了60°和120°方向出射的泄漏中子飞行时间谱。 建立了较为可靠的模拟模型，采用MCNP模拟程序，分别模拟计算得到了不同数据库（ENDF/B-VII.1、CENDL-3.1和JENDL-4.0库）铁样品60°和120°方向出射的泄漏中子的飞行时间谱。将模拟的飞行时间谱和实验测量的飞行时间谱进行了比较，并划分四个中子能区，分别计算了不同能区的模拟数据与实验数据的比值（C/E值）。通过分析，实现了对三个核数据库中铁核素的评价数据的初步宏观基准检验。总体结论为：（1) 在12 MeV-16 MeV弹性散射能区，ENDF/B-VII.1库评价数据偏高，JENDL-4.0库评价数据偏低，CENDL-3.1库的评价数据比较可靠；（2）在8.5 MeV-12 MeV分立能级非弹散射能区，JENDL-4.0库评价数据偏高，ENDF/B-VII.1库评价数据偏高较大，CENDL-3.1库的评价数据比较可靠；（3）在3.0 MeV-8.5MeV连续能级非弹散射能区，ENDF/B-VII.1、CENDL-3.1和JENDL-4.0库三个库的评价数据质量均比较好，其中ENDF/B-VII.1库评价数据略偏高；（4）在0.8 MeV-3.0MeV（n，2n）反应中子能区，ENDF/B-VII.1库和CENDL-3.1库评价数据偏高，JENDL-4.0库评价数据较为可靠。