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中子诱发伽马产生截面测量中的谱分析技术

物理学报 2024年第7期73卷 124-133页

作者：肖石良王朝辉吴鸿毅陈雄军孙琪谭博宇王昊齐福刚湘潭大学材料科学与工程学院湘潭411105 中国原子能科学研究院核数据重点实验室北京102413

在中子反应截面测量中,瞬发γ射线法是一种通过测量核反应放出的特征γ射线来得到截面数据的方法,这种方法能够避免竞争反应道产生的干扰.但是瞬发γ射线法为在线实验,本底来源丰富,造成了在线实验谱分析难度大,结果不确定性高.本文研... 详细信息

在中子反应截面测量中,瞬发γ射线法是一种通过测量核反应放出的特征γ射线来得到截面数据的方法,这种方法能够避免竞争反应道产生的干扰.但是瞬发γ射线法为在线实验,本底来源丰富,造成了在线实验谱分析难度大,结果不确定性高.本文研究了使用瞬发γ射线法测量中子诱发伽马产生截面的谱分析技术,总结了中子诱发伽马产生截面测量中不同特征峰形成的物理过程,降低了在线实验谱处理过程中计算效应峰净面积的不确定度.通过采用各种响应函数来对全能峰、本底以及干扰因素进行拟合的方法,精确提取了效应峰的净面积.针对弱峰的净面积,本方法可将峰区域选取引起的波动从30%降低到1%以内,且净面积拟合值与理论值的差距与统计不确定度相当;对于解重峰,本方法所得结果与理论值差距显著低于1%.通过效率曲线分析、拟合优度计算等方法同时验证了谱分析方法的可靠性.

关键词：瞬发γ射线法伽马产生截面谱分析中子高纯锗

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多功能旋转靶装置研究

原子能科学技术 2024年第7期58卷 1557-1564页

作者：胡因球陈红涛张坤宋应民刘邢宇龚新宝孙琪李炎锟中国原子能科学研究院核数据重点实验室北京102413

针对D-D中子发生器采用静态水冷靶时中子产额不稳定、中子产额持续下降等主要问题,研制了一套多功能紧凑型旋转靶装置。装置采用一体化设计,结构紧凑、尺寸小,具备靶体高速旋转和水冷、靶点可视化监测、靶面温度实时测量、中子产额实时... 详细信息

针对D-D中子发生器采用静态水冷靶时中子产额不稳定、中子产额持续下降等主要问题,研制了一套多功能紧凑型旋转靶装置。装置采用一体化设计,结构紧凑、尺寸小,具备靶体高速旋转和水冷、靶点可视化监测、靶面温度实时测量、中子产额实时监测等功能。本文介绍了该装置的主体结构、功能设计和性能测试,以及靶结构对中子散射影响的模拟计算。性能测试结果表明,该装置真空度满足加速器运行要求,相比静态水冷靶,束流靶点中心最高温度明显降低,中子产额稳定度明显提高。模拟计算结果显示中子能谱峰展宽范围为0~0.0577 MeV,散射中子占比为10.53%~26.75%。本文还针对模拟计算结果和测量结果中存在的问题进行了分析,提出了改进和优化方案。

关键词：多功能紧凑型旋转靶中子角分布中子散射伴随粒子测量靶点可视化监测

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乏燃料棒M5锆合金包壳的透射电镜分析

原子能科学技术 2024年第1期58卷 149-156页

作者：钱进卞伟郭一帆王鑫梁政强中国原子能科学研究院北京102413

压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热... 详细信息

压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热室内进行,因此针对辐照后燃料包壳微观组织的研究也一直是工作的难点。本文在中国原子能科学研究院热室设施上,通过透射电镜分析手段,研究了M5锆合金包壳材料中子辐照后的微观组织。样品来源于国内商业压水堆AFA3G型乏燃料棒,其燃耗分别为14 GW·d/tU和41 GW·d/tU。从燃料棒上截取长度约10 mm的包壳样品,在热室内完成去芯块与化学清洗,获得空包壳样品,然后通过机械制样方法,制备出?3 mm薄片状包壳基体样品,最后采用电解双喷减薄方法,制备出包壳透射电镜观察分析样品。另外,为对比锆包壳辐照后的组织变化,采用同样方法制备了相同材料的冷态观察分析样品。冷态样品与辐照样品的观察分析结果表明:冷态Zr合金包壳基体组织内部存在原生的第二相粒子,基体内部整体较为干净,纳米析出相稀少,未观察到明显的位错结构;辐照后,基体内原生的第二相粒子尺寸和分布与冷态样品差异不明显,但出现了明显的纳米析出相和高密度位错组织;随着燃耗的增加,纳米析出相尺寸有增加的现象;低燃耗与高燃耗样品位错组织具有相似性,表明在14 GW·d/tU燃耗下,锆合金包壳内由辐照产生的位错组织已基本趋于饱和状态;电子选取衍射结果表明,辐照后,基体内原生的第二相粒子虽存在一些非晶组织,但仍以bcc晶体结构为主,表明在41 GW·d/tU燃耗下,第二相粒子保持了一定的辐照稳定性;另外,第二相的EDS结果表明,随着燃耗的增加,Nb元素的含量有贫化趋势;分析认为,Zr合金经中子辐照,第二相粒子中的Nb原子扩展至Zr基体内,将促进Nb元素以纳米富Nb相形式在Zr基体中析出。

关键词：辐照后检验透射电镜压水堆锆合金燃料棒中子辐照热室

基于时间差法的位置灵敏3He正比计数管位置分辨性能研究

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核技术 2024年第6期47卷 65-75页

作者：王欣悦刘国荣李井怀梁庆雷周浩田园中国原子能科学研究院北京102413

中子定位技术可用于乏燃料后处理流程监测,以避免发生核临界安全事故。利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)算法模拟了不同中子发射方式、^(3)He气压、管径、慢化体厚度等对位置灵敏^(3)He正比计数管位置分辨能力和探测效率的影响。对于管径为... 详细信息

中子定位技术可用于乏燃料后处理流程监测,以避免发生核临界安全事故。利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)算法模拟了不同中子发射方式、^(3)He气压、管径、慢化体厚度等对位置灵敏^(3)He正比计数管位置分辨能力和探测效率的影响。对于管径为2.54 cm、灵敏区长80 cm、^(3)He气压为405300 Pa的位置灵敏^(3)He正比计数管,MC模拟结果表明:轴向各处位置分辨能力相同,对热中子点源的位置分辨极限为0.17 cm;慢化体厚5 cm且^(244)Cm源紧贴慢化体外壁时中子探测效率为3.0%,位置分辨为9.25 cm。用时间差法测试了^(244)Cm源在灵敏区不同位置、源管距、慢化体厚度等情况下此位置灵敏^(3)He正比计数管对^(244)Cm源的位置分辨能力与探测效率,测试结果表明:实验装置的理论位置分辨极限可达2.64 cm,当慢化体厚5 cm且^(244)Cm源紧贴慢化体外壁时位置分辨为18.50 cm,为理论值的一半。

关键词：位置灵敏 3He正比计数管中子定位蒙特卡罗模拟时间差法位置分辨

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小角中子散射原位热力耦合加载装置

原子能科学技术 2024年第1期58卷 211-217页

作者：陈忠李天富王子军闫士博刘荣灯李眉娟胡文耀邹之全杨宇辰刘蕴韬孙凯陈东风中国原子能科学研究院北京102413

热力耦合近工况条件下材料微观结构的原位实验研究,对于深入理解材料服役性能演化机制十分重要,可给出样品微观上的纳米结构尺度分布。为充分发挥小角中子散射统计性好、取样体积大可开展原位实验等优势,本文基于中国先进研究堆小角中... 详细信息

热力耦合近工况条件下材料微观结构的原位实验研究,对于深入理解材料服役性能演化机制十分重要,可给出样品微观上的纳米结构尺度分布。为充分发挥小角中子散射统计性好、取样体积大可开展原位实验等优势,本文基于中国先进研究堆小角中子散射谱仪,设计并研制了一台高温和拉力同时加载的原位实验装置,并实现了高温高压下原位测量材料的纳米尺度形貌变化。实验测试结果表明,装置最大载荷可达20 kN,最高温度800℃,控温精度优于±1℃。利用该装置对镍基单晶高温合金样品进行了原位小角中子散射测试,发现温度拉力条件下样品内部纳米结构的明显变化,表明基于该装置可开展热力耦合加载下的原位小角中子散射实验。该装置及其相应实验方法,可用于核电不锈钢等多种高温结构材料的原位加载实验研究,提供微观结构演化数据。

关键词：中国先进研究堆小角中子散射原位热力耦合镍基单晶高温合金

CEFR蒸汽发生器给水调节系统的设计与调试

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核动力工程 2024年第2期45卷 183-186页

作者：刘勇段天英冯伟伟张玮瑛中国原子能科学研究院北京102413

蒸汽发生器给水调节系统是中国实验快堆(CEFR)重要的控制系统,需要实现自动控制。根据该系统的控制需求针对性地设计了一套给水调节控制方案,并在CEFR实堆功率运行工况下验证了该控制方案。堆上试验结果表明,该控制方案能够在各种设计... 详细信息

蒸汽发生器给水调节系统是中国实验快堆(CEFR)重要的控制系统,需要实现自动控制。根据该系统的控制需求针对性地设计了一套给水调节控制方案,并在CEFR实堆功率运行工况下验证了该控制方案。堆上试验结果表明,该控制方案能够在各种设计工况下维持蒸汽发生器出口钠温稳定,具备抑制反应堆其他参数干扰的能力。本研究通过CEFR蒸汽发生器给水调节系统的设计与调试工作,实现了CEFR蒸汽发生器给水调节系统的自动化控制。

关键词： CEFR 蒸汽发生器给水调节系统自动控制

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核燃料棒芯块U丰度检测方法研究

核电子学与探测技术 2024年

作者：胡泽成侯龙刘超中国原子能科学研究院核物理研究所核数据重点实验室

核燃料棒中UO2芯块的235U丰度检测是保证核反应堆正常运行的重要环节，本文根据铀样品能谱谱形，通过迭代拟合算法精确选取目标信号的能量范围，减少了测量精度受UO2芯块年龄的影响，扩大了目标信号能量选取范围，基于小波变换法，过滤... 详细信息

核燃料棒中UO2芯块的235U丰度检测是保证核反应堆正常运行的重要环节，本文根据铀样品能谱谱形，通过迭代拟合算法精确选取目标信号的能量范围，减少了测量精度受UO2芯块年龄的影响，扩大了目标信号能量选取范围，基于小波变换法，过滤无关频率信号，提高了突变信号的识别精度，进一步提高检测速度。并通过模拟存在异常丰度芯块燃料棒检测验证了方法的可行性。

关键词： UO 芯块 U丰度迭代拟合算法小波变换

基于非线性方法的核级双层容器及支承结构热棘轮效应研究

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原子能科学技术 2024年第2期58卷 431-440页

作者：刘亚楠莫亚飞高付海李晓轩中国原子能科学研究院北京102413 中国机械科学研究总院北京100048

核级双层容器承担一回路压力边界和一回路冷却剂“纵深防御”包容的双重安全功能,是高温反应堆本体常用的一种结构形式。然而内层容器在瞬态工况下温度变化剧烈,内外层容器之间导热性能差,内外温差大,热棘轮效应是可能的重要失效机制。... 详细信息

核级双层容器承担一回路压力边界和一回路冷却剂“纵深防御”包容的双重安全功能,是高温反应堆本体常用的一种结构形式。然而内层容器在瞬态工况下温度变化剧烈,内外层容器之间导热性能差,内外温差大,热棘轮效应是可能的重要失效机制。本文通过建立核级双层容器及支承结构轴对称有限元模型,使用非线性方法分析其在热-机循环载荷作用下温度、应力和应变的响应,研究棘轮效应分布的规律和特征。结果表明:热棘轮效应显著,是该类容器的主要失效模式;热棘轮敏感区域分布具有多点式的特点,在内外层容器不同部位均有涉及;危险区域的塑性应变累积行为主要出现在循环温度载荷的降温阶段,应变增量随循环次数的增加逐步稳定。结论指出热棘轮效应是核级双层容器结构设计必须关注的重点问题,所建立的非线性分析方法是解决该问题的有效手段。本研究可为核级双层容器热棘轮分析以及一回路工况参数优化设计和应变监测测点布置提供重要方法指导。

关键词：核级双层容器及支承结构热棘轮非线性方法多点式分布工况设计

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小角中子散射谱仪放射性样品测量装置研制

核技术 2024年第6期47卷 19-25页

作者：胡文耀闫士博李天富王子军陈忠刘荣灯王成龙贺新福冉怀昌孙凯陈东风中国原子能科学研究院北京102413 生态环境部核与辐射安全中心北京100082

辐照试样研究对评估材料性能具有重要意义。因其带有放射性,常规表征手段受到一定限制,而小角中子散射(Small-Angle Neutron Scattering,SANS)技术几乎不受γ、β等射线的影响,且制样简单。依托中国先进研究堆小角中子散射谱仪,研发了... 详细信息

辐照试样研究对评估材料性能具有重要意义。因其带有放射性,常规表征手段受到一定限制,而小角中子散射(Small-Angle Neutron Scattering,SANS)技术几乎不受γ、β等射线的影响,且制样简单。依托中国先进研究堆小角中子散射谱仪,研发了一台放射性样品测量装置,用于放射性试样内部纳米结构的测量分析。装置的屏蔽厚度利用蒙特卡罗模拟进行优化,结合自动换样和远程控制功能,提高了实验效率和安全性。利用该装置成功开展了A508-Ⅲ钢辐照监督试样的小角中子散射实验,结果表明低剂量长周期辐照对压力容器钢纳米结构影响较小。该装置和相关技术方法可用于放射性试样的纳米结构表征。

关键词：小角中子散射放射性试样纳米结构 A508-Ⅲ钢