[發(fā)明專利]基于中子符合計(jì)數(shù)的溶液系統(tǒng)钚濃度估算方法及監(jiān)測系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111751866A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵增;楊海峰;袁媛;趙子凡;于淼;陳添;易璇;胡小利;李云龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G01T3/00
• 分類號: G01T3/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發(fā)明涉及一種基于中子符合計(jì)數(shù)的溶液系統(tǒng)钚濃度估算方法及監(jiān)測系統(tǒng)，通過采用三維蒙特卡羅程序計(jì)算修正因子，對“點(diǎn)模型”方程組進(jìn)行中子吸收效應(yīng)的修正、(α,n)中子與裂變中子能譜差異的修正、誘發(fā)裂變中子與自發(fā)裂變中子探測效率差異的修正，使得改進(jìn)的“點(diǎn)模型”方程組的中子符合計(jì)數(shù)計(jì)算結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映鈾钚溶液系統(tǒng)外中子探測系統(tǒng)中子符合計(jì)數(shù)的測量結(jié)果，從而可以較為準(zhǔn)確的預(yù)測估算鈾钚溶液系統(tǒng)的钚濃度。該種方法實(shí)現(xiàn)了對鈾钚溶液系統(tǒng)钚濃度的非破壞性監(jiān)測分析，是一種先進(jìn)的、具有工程可行性的溶液系統(tǒng)钚濃度估算方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于反應(yīng)堆外易裂變材料含量的監(jiān)測分析技術(shù)，適用于鈾钚溶液系統(tǒng)钚濃度的監(jiān)測及估算領(lǐng)域，具體涉及一種基于中子符合計(jì)數(shù)的溶液系統(tǒng)钚濃度估算方法。

背景技術(shù)

在鈾钚溶液系統(tǒng)的中子探測過程中，由中子探測器測量得到的總中子計(jì)數(shù)率和符合中子計(jì)數(shù)率可反推計(jì)算溶液系統(tǒng)中的钚濃度，這種方法稱為非破壞性分析(NonDestructive Assay,NDA)方法，且不需要額外的中子源。

钚濃度估算算法主要用到的是Boehnel推導(dǎo)的“點(diǎn)模型”方程組(參見：師學(xué)明,劉成安.符合計(jì)數(shù)在钚的屬性測量中的應(yīng)用研究[J].原子核物理評論.2004.)：

其中，S表示總中子計(jì)數(shù)率，D表示符合中子計(jì)數(shù)率，ε表示探測效率，表示²⁴⁰Pu自發(fā)裂變率，m₂₄₀表示等效²⁴⁰Pu質(zhì)量，M表示中子增殖泄漏因數(shù)，即溶液系統(tǒng)中的自發(fā)裂變中子、(α,n)中子經(jīng)增殖吸收后最終會有中子泄漏出系統(tǒng)，泄漏中子數(shù)與溶液系統(tǒng)產(chǎn)生的源中子數(shù)的比值，α表示(α,n)中子數(shù)與自發(fā)裂變中子數(shù)的比值。ν_sf1、ν_sf表示²⁴⁰Pu自發(fā)裂變中子多重性分布的一階矩和二階矩。ν_id、ν_id表示誘發(fā)裂變中子多重性分布的一階矩和二階矩。f_D為門利用因子。

符合計(jì)數(shù)利用的是時間符合測量方法，測量對象是符合事件，即兩個或兩個以上同時發(fā)生，或者發(fā)生時間有確定關(guān)聯(lián)的事件。對于钚樣品來說，多重性的概念是指钚自發(fā)裂變過程中有多個不可區(qū)分的中子幾乎同時釋放出來，每次釋放出來的中子數(shù)是隨機(jī)的，但有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，每次釋放出來的中子數(shù)的分布稱為中子多重性分布。

使用“點(diǎn)模型”方程組進(jìn)行中子多重性計(jì)算時，基于以下幾點(diǎn)假設(shè)：

(1)所有誘發(fā)裂變中子是幾乎與自發(fā)裂變中子和(α,n)中子同時釋放出來，不考慮裂變鏈的長度。

(2)假設(shè)中子探測效率和裂變概率在樣品內(nèi)是體均勻的。

(3)假設(shè)自發(fā)裂變中子和(α,n)中子具有相同的能譜，因此，探測效率、裂變概率、誘發(fā)裂變增殖都是相同的。

(4)中子俘獲不裂變的概率是可以忽略的。

(5)中子多重性和中子能量是不相關(guān)的。

(6)中子在樣品/探測器中的消亡時間。

對于體積較小的钚金屬或钚氧化物樣品來說，這些假設(shè)基本是成立的，使用“點(diǎn)模型”方程組計(jì)算得到的總中子計(jì)數(shù)率S和符合中子計(jì)數(shù)率D計(jì)算結(jié)果與三維蒙特卡羅程序模擬得到的計(jì)算結(jié)果符合很好。

而對于鈾钚溶液系統(tǒng)，這些假設(shè)并不總是成立的。溶液系統(tǒng)有較多的中子慢化劑材料和中子吸收材料，中子俘獲不裂變的概率是不可以忽略的。自發(fā)裂變中子和(α,n)中子也有較大的能譜差異(見圖1所示)，誘發(fā)裂變增殖也就存在差異。

此外，對于由于直徑或高度較大的溶液系統(tǒng)，發(fā)生的誘發(fā)裂變并不是體均勻分布的，自發(fā)裂變中子和誘發(fā)裂變的探測效率也就存在差異。