Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Оптимизация размножающих свойств нейтронопроизводящей мишени ЭЯУ

25.12.2016 2016 - №04 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

Т.А. Фролова

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.12

УДК: 621.039.5, 621.039.53

Одним из основных компонентов электроядерных установок (ЭЯУ) является нейтронопроизводящая мишень, обеспечивающая установку нейтронами. Нейтроны образуются за счет реакции глубокого расщепления тяжелых ядер и последующего их размножения в каскадном процессе взаимодействия вторичных высокоэнергетических частиц с ядрами мишени, подкритической активной зоны и бланкета. В среднем на один протон с энергией 1 ГэВ при реакции глубокого расщепления в мишени, содержащей ядра тяжелых элементов (например, Hg, Ta, W, U), возникает от 20-ти (на Hg и Pb) до 50-ти (на U) нейтронов.

В последние годы успешно разрабатываются жидкометаллические свинцово-висмутовые мишени. В работе показано, что для материала мишени существует оптимальный размер, который при заданном значении энергии налетающих частиц приводит к выходу максимального числа нейтронов «spallation». Представлены результаты расчетов энергетического спектра нейтронов, образующихся в реакциях взаимодействия протонов с тяжелыми мишенями для энергетического диапазона первичных протонов от 0,8 до 1,4 ГэВ.

Анализ изменения скорости генерации нейтронов для цилиндрической мишени диаметром 10 см и длиной от 1 до 120 см при энергиях налетающего протона от 0,8 до 1,4 ГэВ позволил рассчитать оптимальные размеры мишени из тяжелых ядер для проектируемых ЭЯУ. Проведена оптимизация размеров нейтронопроизводящих мишеней из натуральных изотопов natBi, natHg, natPb и natW.

Ссылки

  1. Accelerator-driven Systems (ADS) and Fast Reactors (FR) in Advanced Nuclear Fuel Cycles, OECD/NEA, № 4453, 2002.
  2. Accelerator and Spallation Target Technologies for ADS Applications, OECD/NEA, № 5421, 2005.
  3. Artisyuk V., Konobeyev A., Stankovskiy A. Analysis of spallation products effect on the ADS safety and adjacent fuel cycle, Proceedings PSI, ARIA 08. PP. 157-163.
  4. Abderrahimh H. A., Galambosd J., Gohara Y., Hendersonc S., Lawrencee G., McManamyd T., Muellerg A. C., Nagaitsevc S., Nolena J., Pitchere E., Rimmerf R., Sheffielde R., Todosow M. Accelerator and Target Technology for Accelerator Driven Transmutation and Energy Production, FERMILAB-FN-0907-DI, LA-UR-10-06754, 2010.
  5. Барашенков В.С. Ядерно-физические аспекты электроядерного метода. // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 1978. Т. 9. Вып. 5.
  6. Hendricks J.S., McKinney G.W., Durkee J.W., Finch J.P., Fensin M.L., James M.R., Johns R.C., Pelowitz D.B., Waters L.S. MCNPX Version 26C, LA-UR06-7991, 2006.
  7. Hendricks J.S., McKinney G.W., Fensin M.L., James M. R., Johns R.C., Durkee J.W., Finch J.P., Pelowitz D.B., Waters L.S., Johnson M.W., dan Gallmeier F. X. MCNPX 2.6.0 Extensions, Report LA-UR-08-2216, Los Alamos National Laboratory, 2008.
  8. MCNP4C - Monte Carlo N-Particle Transport Code System, Los Alamos National Laboratory, July 2000.
  9. Hendricks J.S., McKinney G.W., Waters L.S., Roberts T.L., Egdorf H.W., Finch J.P., Trellue H.R., Pitcher E.J., Mayo D.R., Swinhoe M.T., Tobin S.J., Durkee J.W., Gallmeier F.X., David J. C. MCNPX EXTENSIONS Version 2.5.0, LANL Report LA-UR-05-2675, Los Alamos, 2005.
  10. Gudima K.K., Ososkov G.A., Toneev V.D., Model for Pre-Equilibrium Decay of Excited Nuclei, // Soviet Journal of Nuclear Physics. – 1975. – Vol. 21. – P.138.
  11. Bertini H.W., Low-Energy Intranuclear Cascade Calculation. // Physical Review. – 1963. – Vol. 131. – PP. 1801-1821.
  12. Bertini H.W. Intranuclear Cascade Calculation of the Secondary Nucleon Spectra from Nucleon-Nucleus, Interactions in the Energy Range 340 to 2900 MeV and Comparison with Experiment. // Physical Review. – 1969. – Vol. 188. – PP. 1711 -1730.
  13. Amelin N. Physics and Algorithms of the Hadronic Monte-Carlo Event Generators. Notes for a Developer, CERN/IT/ASD Report CERN/IT/99/6, Geneva, Switzerland and JINR/LHE, Dubna, Russia; Geant4 User’s Documents, Physics Reference Manual, 1998.
  14. Fong P. Statistical Theory of Nuclear Fission, Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1969.
  15. Chandler K.L., Armstrong T.W. Oak Ridge National Laboratory Report ORNL-TM-4744, 1972.
  16. Dresner L. EVAP, A Fortran Program for Calculation the Evaporation of Various Particles from Excited Compound Nuclei, Oak Ridge National Laboratory, ORNL-TM-196, 1962.
  17. Junghans A.R., de Jong M., Clerc H. G., Ignatyuk A.V., Kudyaev G.A., Schmidt K. H. Projectile-Fragment yields as a Probe for the Collective Enhancement in the Nuclear Level Density. // Nuclear Physics A. – 1998. – Vol. 629. – P. 635.
  18. Mashnik S.G., Gudima K.K., Sierk A.J., Baznat M.I., Mokhov N.V. CEM03.01 User Manual, LANL Report LA-UR-05-7321, Los Alamos, 2005.
  19. Natalenko A.A., Konobeyev A.Yu., Stankovskiy A.Yu., Mashnik S.G. High Energy Activation Data Library (HEAD-2009), Los Alamos National Laboratory Report, LA-UR-10-01397, 2010.
  20. Коровин Ю.А., Наталенко А.А., Пильнов Г.Б., Конобеев А.Ю., Станковский А.Ю., Тихоненко А.В. Библиотека протонных активационных ядерных данных HEPAD-2008. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2009. – №3. – С. 97-105.
  21. Chadwick M.B., Hughes H.G., Little R.C., Pitcher E.J., Young P.G. Physics Models and Nuclear Data Evaluations for Enhanced Monte Carlo Transport, LANL Report LA-UR-00-3601, Los Alamos National Laboratory, 2000.

ЭЯУ нейтронопроизводящая мишень выход нейтронов спектр нейтронов MCNPX