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基于R2S方法的反应堆结构材料活化剂量计算研究

苑旭东 马辉强 陈珍平 郭树伟 谢金森 杨超 于涛

苑旭东, 马辉强, 陈珍平, 郭树伟, 谢金森, 杨超, 于涛. 基于R2S方法的反应堆结构材料活化剂量计算研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0103
引用本文: 苑旭东, 马辉强, 陈珍平, 郭树伟, 谢金森, 杨超, 于涛. 基于R2S方法的反应堆结构材料活化剂量计算研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(5): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0103
Yuan Xudong, Ma Huiqiang, Chen Zhenping, Guo Shuwei, Xie Jinsen, Yang Chao, Yu Tao. Study on Activation-Induced Dose Calculation of Reactor Structural Materials[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0103
Citation: Yuan Xudong, Ma Huiqiang, Chen Zhenping, Guo Shuwei, Xie Jinsen, Yang Chao, Yu Tao. Study on Activation-Induced Dose Calculation of Reactor Structural Materials[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(5): 103-109. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0103

基于R2S方法的反应堆结构材料活化剂量计算研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.05.0103
基金项目: 装备预研重点实验室基金项目(6142A07200409);湖南省教育厅科学研究项目(19A422);中国科学院中子输运理论与辐射安全重点实验室基金项目(2018021);湖南省研究生科研创新项目(203YXC015)
详细信息
    作者简介:

    苑旭东(1995—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆物理分析研究工作,E-mail: yuan.x.dong@foxmail.com

    通讯作者:

    陈珍平,E-mail: chzping@yeah.net

  • 中图分类号: TL421

Study on Activation-Induced Dose Calculation of Reactor Structural Materials

  • 摘要: 反应堆结构材料在堆芯中子辐照下由于中子活化反应而产生大量的放射性核素,其衰变光子是反应堆停堆检修、换料、退役过程中工作人员职业照射剂量的重要来源。本文基于严格两步法(R2S),研究了反应堆结构材料栅元活化计算方法,并基于蒙卡粒子输运程序(MCNP)与点活化计算程序(ORIGEN)建立了反应堆结构材料活化剂量计算软件(MOCA)。通过开发功能接口与数据接口程序实现输运程序与活化计算程序的自动耦合,进而实现“中子输运-活化分析-剂量计算”全自动耦合分析。利用M5包壳活化计算模型、不锈钢活化计算模型和NUREG/CR-6115压水堆模型对MOCA进行基准验证,证明了MOCA的正确性与可靠性。

     

  • 图  1  MOCA计算流程图

    Figure  1.  Calculation Flow Chart of MOCA

    图  2  MOCA功能模块图

    Figure  2.  Diagram of MOCA Function Modules

    图  3  高度为−60 cm处的径向光子剂量率分布

    Figure  3.  Radial Activation-Induced Dose Rate Distribution at the Height of −60 cm

    图  4  径向位置处于5 cm的轴向光子剂量率分布

    Figure  4.  Axial Activation-Induced Dose Rate Distribution at the Radial Position of 5 cm

    图  5  高度为−60 cm处的径向光子剂量率分布

    Figure  5.  Radial Activation-Induced Dose Rate Distribution at the Height of −60 cm

    图  6  径向位置处于5 cm的轴向光子剂量率分布

    Figure  6.  Axial Activation-Induced Dose Rate Distribution at the Radial Position of 5 cm

    图  7  NUREG/CR-6115水平剖面(左)与垂直剖面(右)

    Figure  7.  Horizontal Profile (Left) and Vertical Profile (Right) of NUREG/CR-6115

    图  8  高度为9 cm处的径向光子剂量率分布

    Figure  8.  Radial Photon Dose Rate Distribution at Height of 9 cm

    图  9  径向位置处于5 cm的轴向光子剂量率分布

    Figure  9.  Axial Activation-Induced Dose Rate Distribution at the Radial Position of 5 cm

    表  1  M5包壳模型计算结果

    Table  1.   Calculation Results of M5 Cladding Model

    核素
    衰变光子的
    产生份额
    核子数相对
    误差/%
    SuperMCMOCA
    59Ni9.971630×10−12.371270×10202.366446×1020−0.02
    91Y8.080200×10−54.050070×10104.094195×10101.09
    93Zr2.693620×10−32.974000×10103.017826×10101.47
    94Nb4.875270×10−53.048820×10123.283291×10127.69
    下载: 导出CSV

    表  2  不锈钢活化计算模型计算结果

    Table  2.   Results of Stainless Steel Activation Calculation Model       

    核素
    衰变光子的
    产生份额
    核子数相对
    误差/%
    SuperMCMOCA
    14C6.459063×10−58.570000×10138.254000×1013−3.71
    32P2.538009×10−62.308067×10102.490000×10107.87
    55Fe2.617085×10−51.666091×10131.590000×1013−4.50
    58Co9.998066×10−14.516019×10134.230000×1013−6.34
    59Ni9.723072×10-61.720055×10161.750000×10161.58
    下载: 导出CSV

    表  3  NUREG/CR-6115模型结构参数

    Table  3.   Parameters of NUREG/CR-6115 Structure

    结构内半径/cm外半径/cm高度/cm材料
    上反射层32.865306.7℃水+钢
    下反射层13.97280℃水+钢
    围板382.115SS-304不锈钢
    旁流190.185382.115293.3℃含硼水
    吊篮190.185193.995382.115SS-304不锈钢
    内进水间隙193.995196.535382.115280℃含硼水
    热屏蔽层196.535200.345382.115SS-304不锈钢
    外进水间隙200.345218.440382.115280℃含硼水
    压力容器内衬218.440219.075382.115SS-304不锈钢
    压力容器219.075240.665382.115SA-302B不锈钢
      “—”表示不适用
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    表  4  NUREG/CR-6115结构材料重要核素产额

    Table  4.   Key Nuclide Yield of Structural Materials of NUREG/CR-6115

    结构核素衰变光子的
    产生份额
    核子数相对误差/%
    SuperMCMOCA
    围板 51Cr 0.0512 9.04304×1021 9.01111×1021 −0.3530
    54Mn 0.0812 1.65722×1023 1.61091×1023 −2.7948
    55Fe 0.8296 4.57695×1024 4.79988×1024 4.8707
    59Fe 0.0051 1.46866×1021 1.46521×1021 −0.2354
    58Co 0.0159 1.23000×1022 1.16172×1022 −5.7550
    60Co 0.0023 1.35802×1022 1.45523×1022 7.1582
    59Ni 0.0001 2.05000×1025 1.89945×1025 −7.3124
    63Ni 0.0145 3.39182×1024 3.18262×1024 −6.1678
    吊篮 51Cr 0.0536 3.13175×1021 3.07964×1021 −1.66389
    54Mn 0.0497 3.25893×1022 3.21736×1022 −1.27565
    55Fe 0.8423 1.68271×1024 1.65714×1024 −1.51958
    59Fe 0.0047 4.41057×1020 4.42317×1020 0.28571
    58Co 0.0325 5.36206×1021 4.76203×1021 −7.46049
    60Co 0.0004 1.56667×1021 1.62038×1021 3.42838
    59Ni 0.0001 7.80399×1024 7.47500×1024 −4.21564
    63Ni 0.0166 1.17560×1024 1.15718×1024 −1.56705
    热屏蔽层 51Cr 0.0487 6.06371×1020 5.93619×1020 −2.10300
    54Mn 0.0875 1.22718×1022 1.20177×1022 −2.07025
    55Fe 0.7782 3.34461×1023 3.24861×1023 −2.87020
    59Fe 0.0046 9.44776×1019 9.16060×1019 −3.03941
    58Co 0.0652 2.30271×1021 2.15916×1021 −6.53987
    60Co 0.0006 5.55609×1020 5.49024×1020 −1.18515
    59Ni 0.0001 1.52538×1024 1.47439×1024 −3.34253
    63Ni 0.0150 2.28406×1023 2.22262×1023 −2.68968
    压力容器 51Cr 0.0000860 1.08765×1017 1.12238×1017 3.19297
    54Mn 0.1718164 2.47656×1021 2.52859×1021 2.10120
    55Fe 0.8229250 3.79205×1022 3.58747×1022 −5.39515
    59Fe 0.0051717 9.89552×1018 1.07346×1019 7.46847
    60Co 0.0000006 5.71326×1016 5.50578×1016 −3.63147
    93Mo 0.0000002 1.08459×1019 1.14242×1019 5.33207
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-11
  • 修回日期:  2021-05-06
  • 刊出日期:  2021-09-30

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