王一唯+張亞?wèn)|+郭玥

【摘要】本文采用2種方法對(duì)49-2堆堆芯活性區(qū)H8孔道的快中子注量率進(jìn)行測(cè)定，一種是先測(cè)定H8干孔道中的中子能譜，然后按譜型累積快中子注量率，另一種方法是用平均截面，快中子譜用瓦特譜的方法來(lái)計(jì)算快中子注量率。結(jié)果表明，H8孔道的快中子注量率為1.97× 1013/cm2·s（>0.1MeV）和1.05×1013/cm2·s （>1MeV）。通過(guò)本次測(cè)定，為49-2堆的科研輻照項(xiàng)目提供了更好的試驗(yàn)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】49-2堆 H8孔道 快中子注量率

一、實(shí)驗(yàn)背景

49-2堆始建于1959年，1964年12月20日達(dá)到臨界，1965年3月開始大功率運(yùn)行，至今已安全運(yùn)行50余年。是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造、安裝、調(diào)試的第一座反應(yīng)堆，設(shè)計(jì)額定功率為3.5MW，加強(qiáng)功率為5MW。50余年的運(yùn)行歷程中，49-2堆為我國(guó)國(guó)防工業(yè)發(fā)展、核能開發(fā)研究、核技術(shù)應(yīng)用、人才培養(yǎng)等方面做出了重大歷史性的貢獻(xiàn)。

49-2堆是游泳池型、輕水慢化和冷卻、鈹和石墨作為反射層的多用途的工程材料試驗(yàn)堆。堆芯活性區(qū)布置見圖1.

其中H8孔道是49-2堆活性區(qū)快中子注量率較高的輻照孔道，一般科研輻照項(xiàng)目會(huì)選取這個(gè)孔道。為了得到準(zhǔn)確的H8孔道的快中子通量密度值，為輻照的快中子注量計(jì)算提供準(zhǔn)確依據(jù)，進(jìn)行了此次測(cè)量。

二、實(shí)驗(yàn)原理

這次快中子注量率的測(cè)量使用了兩種方法：一種是先測(cè)定H8干孔道中的中子能譜，然后按譜型累積快中子注量率；另一種方法是用平均截面，快中子譜用瓦特譜的方法來(lái)計(jì)算快中子注量率。

測(cè)量快中子能譜的方法是多箔活化法。通常采用某些閾能反應(yīng)，如（n，α）、（n，p）、（n，2n）、（n，f）、（n，n'）反應(yīng)等。閾活化法的優(yōu)點(diǎn)是：箔片體積小，對(duì)中子場(chǎng)的擾動(dòng)比較??；對(duì)γ射線不靈敏；測(cè)量設(shè)備簡(jiǎn)單。

活化方程：

這便表示出放射性活度和中子能譜之間的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中為了消去Ф常用多種箔片在同樣的條件下受中子照射，測(cè)出它們的飽和活性比或飽和計(jì)數(shù)率比，然后由此出發(fā)求出中子譜。

飽和活性比是：

在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中都有近似法來(lái)求解 ，常用的是利用SAND-Ⅱ程序來(lái)解譜。如果利用瓦特譜作為快中子能譜的話，只需要知道某個(gè)反應(yīng)道的平均截面，就可以通過(guò)測(cè)量得到的單核飽和活度計(jì)算出快中子注量率。

此次測(cè)量的H8孔道是活性區(qū)內(nèi)的孔道，并且測(cè)量的是ф55mm的干孔道，所以快中子能譜的譜型變化不大，可以按瓦特譜來(lái)計(jì)算。

由于在測(cè)量時(shí)H8孔道內(nèi)裝載輻照裝置，所以使用相對(duì)法進(jìn)行了測(cè)量，即先測(cè)量出H4干孔道內(nèi)的快中子注量率，然后根據(jù)H4孔道和H8孔道的相對(duì)快中子注量率比值來(lái)求得H8干孔道的快中子注量率。在試驗(yàn)裝置出堆后對(duì)H8干孔道的軸向相對(duì)快中子通量密度進(jìn)行了補(bǔ)測(cè)。

H4干孔道和H8干孔道的快中子能譜認(rèn)為是一樣的。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本次實(shí)驗(yàn)的過(guò)程如下：

探測(cè)片的準(zhǔn)備、稱重。本次測(cè)量使用了In-Al合金、純Cu、塑料Fe片、Ni-Mn合金、純Ti和純Al共6種片，利用的反應(yīng)道有：

， ， ， ，

， ， ， ，

探測(cè)片的組裝。把截面小，閾能大的探測(cè)片布置在外側(cè)，閾能小的探測(cè)片布置在中間，這樣可以減小探測(cè)片之間的互屏。把探測(cè)片按順序裝入鎘盒。把鎘盒裝入吊蘭。一般情況，對(duì)薄探測(cè)片不考慮互屏和自屏。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

探測(cè)片的稱重、活度測(cè)量結(jié)果及單核活度計(jì)算值如下表1。

飽和活度的計(jì)算是把短時(shí)間照射的探測(cè)片活度修正到無(wú)限時(shí)間照射后的探測(cè)片活度，這樣既消除了從停止照射到測(cè)量時(shí)間內(nèi)活化片的衰變影響，也便于進(jìn)行解譜計(jì)算。

把快中子能譜認(rèn)為是瓦特譜來(lái)計(jì)算H4干孔道的快中子注量率：

用Al片計(jì)算：（1500kW）

用In片計(jì)算：

即滿功率與探測(cè)片的照射功率比是1.8，這樣推得滿功率時(shí)H4孔道的快中子通量密度如下：

用Al片計(jì)算：（3500kW）

Ф（>1MeV）=8.1×1012/cm2·s

用In片計(jì)算：

Ф（>1MeV）=9.054×1012/cm2·s

用解譜的方法計(jì)算H4干孔道的快中子注量率：

由測(cè)量得到的所有核素的單核飽和活度，利用SAND-Ⅱ程序進(jìn)行解譜，得到照射條件下的大于1MeV的快中子注量率是5.09×1012/cm2·s，所以滿功率情況下的大于1MeV的快中子注量率是9.162× 1012/cm2·s。

H8孔道軸向相對(duì)快中子注量率測(cè)量結(jié)果

相對(duì)快中子注量率測(cè)量的探測(cè)片布置高度、探測(cè)片質(zhì)量、探測(cè)片活度值及相對(duì)的軸向分布列于表2及圖2。相對(duì)快中子注量率是以H8干孔道中間高度（250mm處）作為歸一點(diǎn)的，在計(jì)算相對(duì)值時(shí)考慮了探測(cè)片的質(zhì)量差別，對(duì)其進(jìn)行了修正。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，用解譜方法計(jì)算得到快中子注量率大于用銦片測(cè)得的快中子注量率，用銦片測(cè)得的快中子注量率大于用鋁片測(cè)得的快中子注量率。這是合理的，因?yàn)榭椎乐械目熘凶幽茏V是經(jīng)過(guò)一定慢化的。 反應(yīng)的閾能比 的高，所以用鋁探測(cè)片得到的快中子注量率低。因?yàn)?反應(yīng)的閾能在0.4MeV左右，所以用銦探測(cè)片的平均截面得到的快中子注量率只是稍低于用解譜方法得到的快中子注量率。通過(guò)上面的分析，可以認(rèn)為滿功率情況下H4孔道大于1MeV的快中子注量率為9.162×1012/cm2·s是準(zhǔn)確的。

用MCNP程序計(jì)算了H4干孔道和H8干孔道的快中子注量率的相對(duì)值，H8干孔道的快中子注量率是H4孔道的1.148倍。H8干孔道內(nèi)大于0.1MeV的快中子注量率是大于1MeV的快中子注量率的1.88倍。所以，H8干孔道的快中子注量率如表3。

誤差分析：本次實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)自測(cè)量誤差、程序計(jì)算誤差和開堆的功率誤差。由于SAND-Ⅱ的迭代解譜法可以減少由活度測(cè)量得到的誤差，所以本次實(shí)驗(yàn)得到的快中子注量率的誤差主要來(lái)自開堆功率誤差。開堆功率誤差一般是小于5%的，所以可以把5%作為這次實(shí)驗(yàn)快中子測(cè)量值的誤差。

參考文獻(xiàn)：

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