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ISSN: 2320 - 2459
核工程系,加纳大学核联合科学学院
收到的日期:01/04/2018;接受日期:17/05/2018;发布日期:24/05/2018
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提供有关加纳研究一号反应堆中子的计算(GHARR-1)低浓缩铀核心是本文的目标。这些关键因素维持安全可靠的核反应堆的核心业务。中子的参数有:乘法因子(keff),清洁冷芯剩余反应性(ρex),控制棒价值(CRW)、中子通量分布的内在和外在实验通道和缓发中子分数。蒙特Carlo-N-Particle (MCNP5)中子的仿真代码被用于这项研究。这些计算都做过最后的核心加载和随后的零功率实验测试(GHARR-1 ZPT)。剩余反应性的低浓缩铀核心计算是4.03±0.05可。这项研究表明,反应堆安全可靠的条件下操作。
低浓缩铀,微型中子源反应堆
加纳研究一号反应堆是微型中子源反应堆(MNSR),由中国研究所原子能(CIAE)。反应器是一个紧凑的研究反应堆设计模仿加拿大慢吞吞的反应堆设计图1。MNSR是世界各地的青睐,因为其固有的安全(1]。反应堆辅助设施简单,可靠的冷却系统和屏蔽。34千瓦电力的MNSR tank-in-pool类型的研究反应堆使用低浓缩铀(u - 235 13.0%)作为燃料,铍反射层和轻水冷却剂,主持人和作为生物屏蔽。首先,MNSR用于教学和研究活动的中子源中子活化分析(NAA)等2,3]。反应堆堆芯的燃料笼,控制棒导管的房子唯一的控制棒,燃料棒,假棒和领带棒。生成热反应堆操作期间是被自然对流。MNSR有五个内部实验通道,四个反应监管机构和两个裂变室位于环铍反射层虽然五外实验渠道以外,如所示图2。
图1:垂直的横截面视图GHARR-1 MNSR
图2:水平的横截面视图GHARR-1 MNSR
反应堆的技术总结提出了表1。
表1。技术总结GHARR-1 MNSR [CIAE]。
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 植物 | |
| 反应堆类型 | Tank-in-pool |
| 热功率 | 34个千瓦 |
| 冷却系统 | 自然对流 |
| 内部实验网站 | 5 |
| 外实验网站 | 5 |
| 燃料元件 | |
| 燃料 | UO2 |
| 浓缩 | 13.00% |
| 密度 | 10.6 gcm-3 |
| 燃料直径 | 4.3毫米 |
| 长度 | 230毫米 |
| 护套材料 | Zircorium-4合金 |
| 核心 | |
| 核心直径 | 230毫米 |
| 核心的高度 | 230毫米 |
| 数量的同心圆 | 10 |
| 杆的位置 | 354年 |
| 数量的燃料棒加载 | 335年 |
| 数字虚拟棒 | 15 |
| 领带棒 | 4 |
| 剩余反应性 | ̴4可 |
| 控制棒 | |
| 控制棒的数量 | 1 |
| 反应性棒数量 | 4 |
| 吸收材料 | 镉 |
| 反射器 | |
| 侧反射器 | 204毫米厚的 |
| 底部反射器 | 50毫米厚 |
| 顶部反射器 | 变厚度 |
| 材料 | 金属铍 |
获得最大的热中子通量的实验网站对应清洁冷剩余反应性约4可(可= 103(Δk / k))。补偿一个长期反应堆的反应性,添加一个或多个铍垫片垫托盘顶部。蒙特Carlo-N-Particle (MCNP5)代码是用来模拟剩余反应性(ρ前女友),关闭保证金(SDM),内部和外部的平均流量分布实验网站,控制棒价值(CRW)和缓发中子分数。
三维蒙特卡罗运输代码GHARR-1 LEU-core反应堆被修改,以反映变化的设备。核数据裂变和非裂变同位素与组件相关联的物理模型选择的评估数据库;ENDF / B-VI ACTL,活动等等。一个特殊的散射,年代(α,β)是专门用于治疗热散射金属铍反射层和GHARR-1光用水水地区的4]。中子的用凝聚三组进行分析能源结构;0 - 0.55 eV, 0.55 eV - 0.1兆电子伏,0.1兆电子伏- 20兆电子伏热,分别超热中子和快速中子。计算进行了使用600000源中子每周期为530 keff周期和一个初始keff猜的1.004被选30 keff周期是跳过允许中子源来调整平衡之前最后的keff据估计。临界源卡片,初始临界常被用来估计keff及其相应的剩余反应性ρ前女友所有的燃料元素裂变源点。TOTNU没有卡也被用来估算临界平均提示所有可裂变核素的中子。仿真的模型还提供了内在和外在的平均中子通量分布辐照网站通过唤起的F4统计计算通量分布使用指定的能量范围内的轨道长度单位体积(5]。然后输出数据归一化方程1中使用表达式。
归一化表达
获得的未规范化输出MCNP仿真标准化后得到实际的中子通量。这是通过利用一些参数比如损失裂变率,裂变中子核反应能量MCNP中提供的代码。
(1)
然后未规范化的归一化系数计算得到的MCNP模拟计算下面的表达式(3];
(2)
缓发中子分数
在蒙特卡罗的计算,考虑引入一个中子与属性
在一个关键反应堆与零功率系统。这个中子诱发裂变从而产生其他中子和这些中子将导致另一个裂变中子导致进一步生产。裂变产生的数量以这种方式将方法限制,这是由迭代裂变概率伴随函数成正比。
使用提示的方法,
(3)
(4)
k和kp是所有的特征值分别中子和只提示中子。
关闭保证金
关闭边缘特征的核心乘法功能处于关闭状态,也涉及到的速度功率可能会减少在紧急情况下关闭。关闭保证金ρsm可以从关系获得6]。
(5)
在ρw、控制棒价值、ρ前女友剩余反应性和ρsm关闭,k在和k出的特征值分别为总杆插入和退出。因此,
(6)
给了,
(7)
结果获得核临界核心剩余反应性,并给出了低浓缩铀的控制棒价值表1。表显示了一些特征值及其相关错误GHARR-1列伊核心当控制棒完全退出的核心,当它完全插入到核心。控制棒的价值被发现7.13可接近其他作者报道的价值。核心的剩余反应性可被计算为4.03。
TOTNU没有卡与控制棒撤回使用估计的有效缓发中子份额表2。
表2。计算中子的参数GHARR-1列伊核心。
| 参数 | 低浓缩铀 |
|---|---|
| keff(杆) | 1.00405±0.00005 |
| keff(杆) | 0.99687±0.00005 |
| kp | 1.00365±0.00005 |
| 核心剩余反应性,ρ前女友(可) | 4.03±0.05 |
| 控制棒价值(可) | 7.13±0.02 |
| 关闭保证金(可) | 3.09±0.11 |
| 有效缓发中子(βeff) | 0.00084±0.00005 |
| 安全反应因子(SRF)≥1.5 | 1.77±0.02 |
关闭3.09的可获得的控制棒列伊核心。再一次的平均中子通量分布的内在和外照射网站GHARR-1列伊核心被其他作者类似报道(图3和4)。
图3:的平均中子通量分布内辐照频道。
图4:的平均中子通量分布外照射频道。
在这个工作中,中子的计算已经执行了加纳研究一号反应堆核心使用低浓缩铀MCNP5仿真代码。结果表明,临界计算的低浓缩铀良好高浓缩铀的协议。
