[發(fā)明專利]一種估算重水堆中熱中子注量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910001230.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109659047B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔增琪;張國(guó)輝;白懷勇;江浩雨;盧毅;胡益?zhèn)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G21C17/00
• 分類號(hào): G21C17/00
• 代理公司: 北京萬(wàn)象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發(fā)明公布了一種估算重水堆中熱中子注量的方法。該方法是將經(jīng)過(guò)中子輻照后的重水堆堆芯的結(jié)構(gòu)材料取出，通過(guò)核分析儀測(cè)量一種或多種元素的同位素豐度，由于核材料與中子(主要是熱中子)發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)，材料的元素中各同位素豐度會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量各同位素豐度，在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)間已知的條件下可以估算出核材料受到的熱中子注量。本發(fā)明簡(jiǎn)便，將熱中子注量的測(cè)量轉(zhuǎn)化為同位素豐度測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輻射探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種重水堆中熱中子注量的估算方法。

背景技術(shù)

重水堆堆芯中的熱中子注量測(cè)量是反應(yīng)堆堆芯物理中非常重要的參數(shù)，也是輻射探測(cè)領(lǐng)域一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前對(duì)于重水反應(yīng)堆堆芯中子，主要采用控制棒組件中的探測(cè)器直接測(cè)量實(shí)時(shí)的中子通量密度，無(wú)法對(duì)熱中子注量這個(gè)積累型物理量進(jìn)行直接測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法直接測(cè)量重水堆堆芯中的熱中子注量的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種估算重水堆中熱中子注量的方法。

本發(fā)明基于重水反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的Fe、Ni等同位素原子核由于發(fā)生中子輻射俘獲反應(yīng)，豐度改變的效應(yīng)，從而可以將熱中子注量的測(cè)量轉(zhuǎn)化為同位素豐度測(cè)量。本發(fā)明提供的重水堆中熱中子注量估算方法的基本原理是：重水堆堆芯的結(jié)構(gòu)材料在服役期間受到中子輻照，中子按能量劃分為4個(gè)區(qū)間：熱中子(中子能量0.2meVE_n0.625eV)、超熱中子(0.625eVE_n750eV)、共振中子(750eVE_n1MeV)和快中子(E_n1MeV)。堆芯結(jié)構(gòu)材料中的Fe、Ni等各同位素由于發(fā)生(n,γ)反應(yīng)，所以同位素的豐度也隨之改變。在重水堆中，熱中子的通量密度占總中子通量密度的比例超過(guò)50％，并且由于Fe、Ni等各同位素核的(n,γ)反應(yīng)截面在熱中子能區(qū)遠(yuǎn)大于其他能區(qū)，所以在其他能區(qū)的截面相比之下可以忽略。根據(jù)這種規(guī)律，可以得到Fe、Ni等各同位素的豐度隨注量的變化。其中⁵⁴Fe、⁵⁶Fe、⁵⁸Ni和⁶⁰Ni為穩(wěn)定同位素，并且它們的變化最為明顯，所以可以根據(jù)它們的豐度值，來(lái)對(duì)應(yīng)估算出重水堆堆芯的熱中子注量。

具體的，本發(fā)明的重水堆中熱中子注量的估算方法，包括如下步驟：

1)對(duì)待測(cè)重水堆堆芯中的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行取樣；

2)使用核分析儀對(duì)結(jié)構(gòu)材料樣品中的一種或多種元素的同位素的豐度進(jìn)行測(cè)量，得到測(cè)量結(jié)果；

3)將同位素豐度測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，從而估算出結(jié)構(gòu)材料在堆芯期間受到的熱中子注量。

上述步驟1)所取的樣品材料為重水堆堆芯中的結(jié)構(gòu)材料。結(jié)構(gòu)材料經(jīng)過(guò)中子堆芯的輻照后，其中的Fe、Ni、Zr等各同位素的豐度發(fā)生變化。

上述步驟2)中所述元素例如Fe、Ni和/或Zr等元素，優(yōu)選對(duì)同位素⁵⁶Fe、⁵⁷Fe、⁵⁸Ni和/或⁶⁰Ni的豐度進(jìn)行測(cè)量。

上述步驟3)通過(guò)同位素的豐度估算結(jié)構(gòu)材料在重水堆堆芯期間受到的熱中子注量，首先需要得到同位素豐度隨著熱中子注量變化的理論計(jì)算值。

對(duì)于任意一個(gè)元素X，假設(shè)它的質(zhì)量數(shù)最小的天然同位素為^AX，用下列方程組表示X的各個(gè)同位素的原子核數(shù)瞬時(shí)變化率：

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