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Nuclear Science and Techniques 2023年第3期34卷 40-51页

作者： Cheng-Jie Du Xiao-Gang Hu Ping-Yi Guo Xiao-Long Pan Jin-Ping Wu School of Materials Science and Engineering Jiangsu University of Science and TechnologyZhenjiang 212100China Xi’an Rare Metal Materials Institute Co. LtdXi’an 710016China

A Zr-Gd alloy with neutron poisoning properties and resistance to boiling concentrated HNO3 corrosion was developed based on a corrosion-resistant Zr-702 alloy to meet the demand for neutron shielding in the closed-loop treatment of spent fuel and the nuclear chemical industry.In this study,1 wt.%,3 wt.%,5 wt.%,7 wt.%,and 9 wt.%Zr-Gd alloys were designed and fabricated with Zr-702 as the control element.The electrochemical behavior of the Zr-Gd alloys in boiling concentrated HNO3 was investigated,and the neutron shielding effect on plate thickness and Gd content was simulated.The experimental results demonstrate that the corrosion resistance of the alloy decreased slightly before~7-9 wt.%with increasing Gd content;this is the inflection point of its corrosion resistance.The alloy uniformly dissolved the Gd content that could not be dissolved in the Zr lattice,resulting in numerous micropores on the passivation coating,which deteriorated and accelerated the corrosion rate.The MCNP simulation demonstrated that when the Gd content was increased to 5 wt.%,a 2-mm-thick plate can shield 99.9%neutrons;an alloy with a Gd content≥7 wt.%required only a 1-mm-thick plate,thereby showing that the addition of Gd provides an excellent neutron poisoning effect.Thus,the corrosion resistance and neutron shielding performance of the Zr-Gd alloy can meet the harsh service requirements of the nuclear industry.

关键词： Zr-Gd alloy Boiling concentrated HNO3 Electrochemistry Neutron shielding MCNP

基于非结构网格MCNP的KRUSTY热膨胀负反馈计算研究

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核动力工程 2023年第6期44卷 45-53页

作者：王立鹏曹璐陈森张信一姜夺玉胡田亮李达陈立新江新标西北核技术研究所西安710024

热管堆KRUSTY的热膨胀负反馈模拟一直是业内计算的难点。本文基于蒙特卡罗方法(MCNP)的非结构网格功能,将KRUSTY非结构网格的功率分布直接输入给有限元软件ABAQUS,利用ABAQUS进行KRUSTY的热力耦合,在统一的非结构网格下研究了KRUSTY热... 详细信息

热管堆KRUSTY的热膨胀负反馈模拟一直是业内计算的难点。本文基于蒙特卡罗方法(MCNP)的非结构网格功能,将KRUSTY非结构网格的功率分布直接输入给有限元软件ABAQUS,利用ABAQUS进行KRUSTY的热力耦合,在统一的非结构网格下研究了KRUSTY热变形模拟、膨胀反应性反馈和密度反馈,重点研究了非均匀密度与均匀密度的差异。结果表明,热膨胀效应带来超过900pcm(pcm=10^(−5))的负反馈,特殊的燃料变形主要发生在上部和外边缘表面,总位移达到~0.9 cm,反应堆堆芯总温差足够小,只有23 K左右,并且核热力耦合较核热耦合趋于使堆芯的温度分布更均匀,由于热管的冗余设计,反应堆的设计可以满足单点失效原则。相较于传统的组合实体(CSG)几何,本文基于非结构网格MCNP方法可以更真实地模拟金属燃料堆的热膨胀效应。

关键词： KRUSTY MCNP 非结构网格核热力耦合密度场位移场

利用MCNP方法模拟非介入式γ放射性废水监测系统活度浓度响应

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核电子学与探测技术 2023年第1期43卷 81-86页

作者：杜旭红吴尧郑建国金潮中国辐射防护研究院太原030006

为确保自行设计开发的管道外直接测量放射性废水监测系统对于不同能量核素γ活度浓度测量结果的准确性和可靠性,利用MCNP 4C软件建立精确的系统仿真模型。基于该模型,模拟计算了系统对于不同能量放射性废水的总活度浓度和全能峰活度浓... 详细信息

为确保自行设计开发的管道外直接测量放射性废水监测系统对于不同能量核素γ活度浓度测量结果的准确性和可靠性,利用MCNP 4C软件建立精确的系统仿真模型。基于该模型,模拟计算了系统对于不同能量放射性废水的总活度浓度和全能峰活度浓度响应情况。将模拟结果与实验结果进行比较,进一步验证了模拟方法的有效性。在活度浓度响应确定的前提下,还给出了不同测量时间下系统对于^(137)Cs和^(60)Co的最小可探测活度浓度。

关键词：放射性废水监测 MCNP 活度浓度响应

基于MCNP的空间辐射效应可视化仿真系统设计

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空间控制技术与应用 2022年第1期48卷 72-80页

作者：胡涛梁森万波西安电子科技大学西安710071

当前对航天器的抗辐射性能试验主要依靠地面模拟和计算机仿真,而地面模拟的成本较高且会受到地面环境的限制,计算机仿真则存在模型编辑困难、效率低下等问题.设计了一种基于MCNP的空间辐射效应可视化仿真系统,使用MCNP计算几何模型中关... 详细信息

当前对航天器的抗辐射性能试验主要依靠地面模拟和计算机仿真,而地面模拟的成本较高且会受到地面环境的限制,计算机仿真则存在模型编辑困难、效率低下等问题.设计了一种基于MCNP的空间辐射效应可视化仿真系统,使用MCNP计算几何模型中关注点在空间辐射环境下的辐射效应.为了实现仿真过程的可视化和交互性,系统利用了WEB GL技术、中间件技术和云计算技术进行构建.该系统首先通过WEB GL技术在web页面上进行几何模型可视化,并可以通过用户交互设定模型材质、辐射源、关注点等参数,然后通过模型转换中间件将几何模型转换为MCNP软件的输入文件,最后调度部署在计算节点上的MCNP软件计算几何模型中关注点的辐射效应.测试结果表明,该可视化仿真系统具有跨平台、易扩展、交互性强等特点,能够有效提高空间辐射效应的仿真效率和体验.

关键词：可视化仿真系统 MCNP 空间辐射效应

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月球基地用反应堆电源方案研究

载人航天 2024年第3期30卷 269-276页

作者：高剑郭键吕征中国原子能科学研究院北京102413

针对月球基地反应堆电源应用需求及月球的特殊使用环境,提出了一种锂回路冷却快堆方案。采用MCNP程序对该方案的核特性进行深入研究,详细计算分析了反应性、燃耗、通量及功率分布等堆芯物理量,并对反应堆的掉落临界安全和屏蔽进行了详... 详细信息

针对月球基地反应堆电源应用需求及月球的特殊使用环境,提出了一种锂回路冷却快堆方案。采用MCNP程序对该方案的核特性进行深入研究,详细计算分析了反应性、燃耗、通量及功率分布等堆芯物理量,并对反应堆的掉落临界安全和屏蔽进行了详细的计算分析。研究结果表明:锂冷回路冷却快堆方案具有堆芯结构紧凑、质量轻、导热效率高、堆芯固有安全性高、功率输出性能好、停堆深度深等优点,适合用作月球探索活动的能量源。

关键词：月球反应堆 MCNP 堆芯物理量临界安全屏蔽优化

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MC模拟闪烁体阵列探测器能量沉积分布研究

核电子学与探测技术 2022年第1期42卷 57-61页

作者：王相星程鹏王建超成都理工大学工程技术学院四川乐山614000 核工业西南物理研究院成都610225

利用软件MCNP建立两种大面积的闪烁体阵列探测器模型,并研究其能量沉积的概率分布,选取了正方体晶体形状进行模拟.研究结果表明:第一种探测器在纵向上呈现的能量沉积分布规律是中心部分及其附近最高,中间次之,四周最低;第二种阵列模型... 详细信息

利用软件MCNP建立两种大面积的闪烁体阵列探测器模型,并研究其能量沉积的概率分布,选取了正方体晶体形状进行模拟.研究结果表明:第一种探测器在纵向上呈现的能量沉积分布规律是中心部分及其附近最高,中间次之,四周最低;第二种阵列模型在轴向上对于多能且各向同性的γ射线,探测器表面沉积的能量最多,探测器中端与末端随着射线能量的衰减而减少.此次研究结果可为探测器的设计、材料的选择等方面提供一定的参考.

关键词：闪烁体阵列探测器 MCNP 能量沉积

随机球床模拟方法对氟盐冷却高温堆中子学参数的影响分析

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原子能科学技术 2021年第4期55卷 704-711页

作者：冀锐敏严睿康旭忠杨璞于世和邹杨中国科学院上海应用物理研究所上海201800

氟盐冷却高温堆(FHR)采用氟盐冷却球形燃料元件,其中子物理计算面临双重不均匀性问题:燃料球在堆芯内的随机排布和包覆燃料颗粒在燃料球中的随机排布。此问题是该堆型设计中面临的主要挑战之一。本文基于MCNP程序和固态燃料钍基熔盐堆(T... 详细信息

氟盐冷却高温堆(FHR)采用氟盐冷却球形燃料元件,其中子物理计算面临双重不均匀性问题:燃料球在堆芯内的随机排布和包覆燃料颗粒在燃料球中的随机排布。此问题是该堆型设计中面临的主要挑战之一。本文基于MCNP程序和固态燃料钍基熔盐堆(TMSR-SF1)模型完成了不同燃料球床与燃料球描述对关键中子学参数(如k eff、堆芯能谱、控制棒价值和温度系数等)的影响分析。燃料球床描述使用随机序列添加(RSA)方法建立了随机球床模型与体心立方(BCC)结构的等效规则模型。包覆燃料颗粒描述则基于简立方(SC)等效模型利用MCNP程序中的URAN卡实现随机扰动。结果表明,包覆燃料颗粒随机分布的影响远小于燃料球随机分布的影响;尽管具有相同的总堆积密度,等效规则模型相比于随机球床模型会增加堆芯中子的泄漏,低估冷态满装载反应性约0.5%,高估控制棒价值约5%。

关键词：氟盐冷却高温堆 TMSR-SF1 临界计算 MCNP 随机球床模型

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新型中子/γ射线屏蔽材料的设计和制备

化工新型材料 2024年第2期52卷 145-150页

作者：吴早明庞晓轩刘向东鲜亚疆罗昊程亮严春雷中国工程物理研究院材料研究所绵阳621907

屏蔽材料设计主要考虑中子和γ射线的防护需求,兼具中子和γ射线协同防护作用的材料,可广泛应用于诸多辐射场景。介绍了屏蔽材料的种类、优势和不足,并基于蒙特卡罗粒子输运软件(MCNP)程序开展了针对中子和γ射线屏蔽材料的设计和优化... 详细信息

屏蔽材料设计主要考虑中子和γ射线的防护需求,兼具中子和γ射线协同防护作用的材料,可广泛应用于诸多辐射场景。介绍了屏蔽材料的种类、优势和不足,并基于蒙特卡罗粒子输运软件(MCNP)程序开展了针对中子和γ射线屏蔽材料的设计和优化研究工作,提出了一种具有较好屏蔽效果的新型中子和γ射线屏蔽材料设计方案。模拟结果表明在石蜡中添加一定量的B_(4)C可显著提高材料对中子的屏蔽率,其中,B_(4)C添加质量为10%~20%的含硼石蜡具有较优异的中子屏蔽效果,75mm含硼(10%B_(4)C)石蜡/1mm Pb等多层屏蔽材料设计对Pu自发裂变中子的总能量屏蔽率为96.8%,对Pu衰变γ射线总能量屏蔽率为93.5%,通过增加Pb层厚度至2mm,可使γ射线总能量屏蔽率达到96.5%。开展了可实现快中子慢化、吸收双功能的含硼石蜡屏蔽材料的制备技术研究,通过冷压制备技术制备了组织致密、加工性能优异的含硼石蜡屏蔽材料,可解决屏蔽材料尺寸受限制以及加工成形困难等难题,可广泛应用于工业辐射防护领域。

关键词：屏蔽材料含硼石蜡 MCNP 冷压技术屏蔽率

基于MCNP和ORIGEN的熔盐快堆燃耗分析计算

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原子能科学技术 2017年第12期51卷 2230-2234页

作者：张俊张大林王成龙田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

熔盐堆是6种第4代先进核能系统中唯一使用液态燃料设计的反应堆型,其堆芯一回路中循环流动的熔盐既是燃料,也是冷却剂。这一特征在省去燃料元件加工制造步骤的同时,也使得熔盐堆能进行在线处理和在线添料的操作。因此,传统固态反应堆燃... 详细信息

熔盐堆是6种第4代先进核能系统中唯一使用液态燃料设计的反应堆型,其堆芯一回路中循环流动的熔盐既是燃料,也是冷却剂。这一特征在省去燃料元件加工制造步骤的同时,也使得熔盐堆能进行在线处理和在线添料的操作。因此,传统固态反应堆燃耗分析程序不再适用于熔盐堆。本文以熔盐快堆(MSFR)为分析对象,基于物理分析程序MCORE(MCNP+ORIGEN),将上述熔盐堆特点考虑进去,开发出能进行熔盐堆燃耗分析的MCORE-MS。初步分析表明,233 U-started模式下,熔盐在线处理可有效降低堆芯熔盐中裂变产物的含量,提高中子经济性。MSFR运行过程中能够一直保持负的温度反应性系数。

关键词：熔盐快堆燃耗计算 MCNP ORIGEN

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熔盐冷却球床实验堆堆内热源分布计算与分析

原子能科学技术 2020年第3期54卷 450-457页

作者：杨璞严睿邹杨于世和朱贵凤周波马玉雯中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院大学北京100049

熔盐冷却球床堆采用球形燃料元件,冷却剂采用高温熔盐,其堆内热源分布与压水堆有着明显的区别,而与同样使用球形燃料元件的高温气冷堆相比,燃料球产生的中子和γ会在冷却剂中沉积更多的能量,因此准确计算堆内释热率分布对于这种新型反... 详细信息

熔盐冷却球床堆采用球形燃料元件,冷却剂采用高温熔盐,其堆内热源分布与压水堆有着明显的区别,而与同样使用球形燃料元件的高温气冷堆相比,燃料球产生的中子和γ会在冷却剂中沉积更多的能量,因此准确计算堆内释热率分布对于这种新型反应堆的热工水力设计、瞬态分析、结构力学设计等都有重要意义。本文使用蒙特卡罗计算程序MCNP对中国科学院设计的10 MW固态燃料钍基熔盐实验堆(TMSR-SF1)堆内的释热率分布进行了详细计算研究,通过使用光子产生偏倚卡(pikmt),经过3次MCNP输运计算得到了TMSR-SF1寿期初(BOL)及寿期末(EOL)堆内各部件的总释热率、体积释热率分布和最大体积释热率。计算结果显示,燃料球释热率占堆内总释热率的94%以上,熔盐和反射层释热率占总释热率的1%以上,其他堆内部件释热率的比例都小于1%。寿期末燃料球、控制棒与石墨球的释热率均有所减少,而反射层等其他构件的释热率有所增加。

关键词：释热率体积释热率固态燃料钍基熔盐实验堆 MCNP