加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)堆頂輻射特征研究.pdf

1、加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)（ADS）因其對高放射性核廢料的嬗變能力及其固有安全性，被國際原子能機構(gòu)稱為“下一代先進核能系統(tǒng)”，吸引了國際上眾多單位的關(guān)注和研究。輻射屏蔽是保障核能安全的重要屏障，是ADS裝置研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一。由于ADS裝置耦合了加速器、散裂靶、次臨界堆三大系統(tǒng)，其束流管道直接伸入堆芯輻射最強的區(qū)域，在輻射屏蔽方面與一般的核能系統(tǒng)有很大不同，如:項蓋以上空間的輻射除了受到堆內(nèi)粒子貫穿頂蓋的影響，還有束流管道粒子泄漏及加速器運行

2、時束流損失的貢獻，此外ADS系統(tǒng)中粒子種類也較多，包括帶電粒子、高能散裂中子、裂變中子、其他次級粒子等，現(xiàn)有的屏蔽計算方法和工具難以適用。
　　本文利用核設(shè)計與安全評價軟件系統(tǒng)SuperMC等程序，針對ADS堆頂輻射特征的關(guān)鍵問題開展研究，主要工作及創(chuàng)新性如下:
　　(1)ADS器靶堆耦合源項計算方法研究:現(xiàn)有的直接模擬法難以滿足工程設(shè)計對計算效率的要求，而一般分步輸運模擬法對散裂中子源進行了近似處理，難以保證后續(xù)計算的準(zhǔn)確

3、性。在詳細分析散裂靶內(nèi)粒子級聯(lián)反應(yīng)過程特征的基礎(chǔ)上，首次提出了一種基于“族譜”關(guān)系進行散裂源中子識別與篩選的器靶堆耦合源項計算方法。該識別與篩選原則，充分考慮了散裂中子的所有子父代關(guān)系，有效剔除了關(guān)系鏈上的重復(fù)中子，提高器靶堆耦合源項計算的準(zhǔn)確性。通過散裂靶例題測試，結(jié)果表明該方法在保證精度的前提下提高了計算的效率。
　　(2)ADS堆頂輻射屏蔽研究:基于250MeV質(zhì)子驅(qū)動的10MW次臨界反應(yīng)堆的設(shè)計，研究ADS堆頂輻射特征，分

4、析堆內(nèi)粒子通過頂蓋貫穿、質(zhì)子管泄漏及加速器束流損失三種源項對堆頂輻射場的貢獻。分析發(fā)現(xiàn)，在ADS堆頂屏蔽設(shè)計中，由加速器束流損失造成的次級輻射場是不可忽略的。基于上述堆頂輻射特征，提出了一個初步能夠滿足運行工況下要求的質(zhì)子管局部屏蔽方案。
　　(3)針對未來ADS示范堆，研究高能入射質(zhì)子對ADS堆頂輻射特征的影響:首先根據(jù)散裂中子產(chǎn)額隨入射質(zhì)子能量變化情況，確定出單位能量的產(chǎn)額緩慢變化（即拐點）處的能量。隨后，在給定次臨界度和堆芯