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1、HFETR材料辐照时间快速估算方法刘水清+梁光远+冉忠康+刘红倩+王皓+徐涛忠【摘要】高通量工程试验堆HFETR进展材料辐照时，通常需要快速确定在堆芯一定位置辐照时所需要的辐照时间。本文对HFETR第67炉9#孔道辐照W试样的辐照时间进展了快速估算，采用ANISN程序对其中子能谱进展计算，中子注量率计算采用堆芯三维程序ECP，并与第61炉的计算进展比较。计算结果说明，当HFETR运行1449MWd时，W试样可出堆，其中子注量fE1MeV计算值为1.5x1019cm-2。W试样堆内辐照根据预示计算的辐照时间出堆，其中子注量测量结果为1.63x1019cm-2，与计算预示值的偏向为+8.67%，小
2、于10%的要求，设计预示计算满足材料辐照的要求。【关键词】ANISN程序；ECP程序；辐照时间【Abstract】ItisnecessarytodeterminetheirradiationtimerapidlywhencarryingoutmaterialirradiationinthecertainpositionofHighFluxEngineeringTestReactorHFETRcore.ThispapercalculatedtheirradiationtimerapidlyoftheWsamplesirradiatingwithinthe9#channelofHFETR67thc
3、ore.TheneutronenergyspectrumwascalculatedusingANISNcode，andtheneutronfluxwascalculatedusingECPcode，thecalculationvalueswerecomparedwiththe61thcoresresults.ThecalculationresultsshowthattheWsamplescanbedischargedoutofthecorewhenHFETRoperated1449MWd，andtheneutronfluxfE1MeVcalculatedwas1.51019cm-2.TheWs
4、amplesweredischargedoutofthecoreaccordingtothecalculatingirradiationtime，theneutronfluxmeasuredwas1.631019cm-2.Therelativedeviationbetweenthemeasuredvalueandcalculatedvaluewas+8.67%【Keywords】ANISNCode；ECPCode；Irradiationtime0引言材料辐照考验是HFETR主要任务之一，高通量工程试验堆HFETR最大快中子0.625eV注量率可达1.71015cm-2，最大热中子2材料辐照快速
5、估算2.1HFETR简介HFETR是我国自主设计、建造的用于研究和工程应用的大型压力壳型反应堆，其堆芯采用规那么六角形栅元的三角点阵布置，燃料组件采用多层套管燃料元件，布置非常灵敏而且紧凑，堆芯采用规那么的三角点阵布置，每个燃料组件、铍组件、铝组件、钴靶件等均占据一个栅元，可按需要互换位置。18根控制棒连同其导管各占一个固定的栅格。燃料装载可根据任务能多能少，辐照孔位置是固定的，其数目可多可少，在孔道不用时，被孔道破坏的规那么栅格，可用异形填塞块恢复完好；考验件的中子能谱可按需要调整，因此堆芯布置上有高度的灵敏性和适应性。不仅如此，铍组件和铝件中心有20mm的孔道，正常使用时，中心孔道内分别插
6、有一根17mm的小铍棒和小铝棒，冷却水通过环隙流道，铍组件和铝组件能得到充分冷却，其外表温度不超过90。铍组件和铝组件中心孔道及元件中心12mm可作为辐空间利用，59Co靶还可用作控制棒跟随体。这些都给物理方案设计计算带来了较大的困难。HFETR自建成至今，已经平安运行了30多年，其主要任务之一是材料辐照考验。HFETR具有中子注量率高的特点，最大快中子注量率0.625eV可达1.71015n/cm2，最大热中子注量率2.2计算程序计算采用ANISN程序和ECP程序。ANISN程序是离散坐标Sn方法求解中子输运方程的一维程序。是国际上广泛使用、用FORTRAN编写的计算中子和光子的程序，计算中
7、中子按能量分为46群，见表1。ECP程序是一个镶嵌耦合中子扩散程序，和CELL-D栅元和组件少群群参数程序一起组成HFETR燃料管理程序系统。CELL-D程序是在WIMSWinfrithImprovedMulti-groupScheme程序根底上改编而成的，计算并生成ECP程序输入文件中各种材料的截面。CELL-D程序按照计算流程共分为四个部分：根本栅元的69群计算；详细几何栅元的少群计算；泄漏修正；燃耗计算。HFETR堆芯装载设计计算时，ECP程序将堆芯划分成许多三维网格，用细网有限差分方法对中子扩散方程离散化，得到中子扩散方程的差分方程组。对网格的通量计算采用追赶法，用最正确松弛因子加以修
8、正；同时用粗网再平衡方法加速源迭代收敛，得到再平衡方程。求解再平衡方程组的内迭代用逐次超松驰法，外迭代用切比雪夫外推来加速收敛。HFETR堆芯燃耗计算设定了外边界条件和内边界条件，内边界条件是假定中子通量和中子流连续分布，外边界条件选择外推边界。2.3材料辐照快速估算过程首先根据科研消费任务，采用ECP程序进展HFETR堆芯装载方案设计。根据堆芯物理方案设计准那么进展堆芯装载方案设计。堆芯物理方案设计准那么为：满足HFETR运行限值条件的要求，保证HFETR平安运行；保证堆内材料辐照与考验和同位素消费等运行任务的完成；在满足HFETR的平安运行和消费任务完成的前提下力求降低运行本钱。堆芯物理方
9、案设计的物理、热工限值为：堆芯在1、2AB提起后，全堆的冷态次临界度大于1.0eff；堆芯有足够的运行寿期，全堆有较高的允许功率，较小的径向功率不均匀系数；满足燃料元件、材料的辐照试验条件；考验组件在HFETR一定功率运行下，其外表热流密度不超过允许的最大热流密度限值。同位素靶件处的中子注量率程度应在其允许值之下，但要尽量接近其允许值，使之产量最多。HFETR堆芯装载方案设计完成后，得到辐照材料处的fE0.625eV值，再采用ANISN程序进展辐照材料处的中子能谱计算。采用ANISN程序计算辐照材料处的中子能谱，计算得到fE1MeV/fE0.625eV值。HFETR堆芯布置较复杂，而ANISN
10、程序是一维的，计算中必须进展适当的简化。但是又必须使其结果具有可用性与普遍性。堆芯內分分布置的控制棒和元件区的同位素靶件考虑到燃料元件中，铍区的同位素靶件考虑到铍区中。堆芯简化成由燃料元件区、铍区、铝区、辐照件和水层的同心圆环所组成。堆芯中燃料元件区、铍区、铝区等各区参数由ECP程序计算给出。由辐照材料处的fE0.625eV值和fE1MeV/fE0.625eV值可计算出辐照材料的中子注量fE1MeV值。假如不满足要求，那么重复上述过程，直到满足材料辐照要求为止。2.4计算结果本文在HFETR第第67炉9#辐照孔道辐照W试样，辐照的目的中子注量为1.510%1019n/cm2。首先进展HFETR
11、第67炉堆芯方案设计，给出W试样的处fE0.625eV。设计出HFETR装载方案后，利用ANISN程序计算出fE1MeV/fE0.625eV，再利用ECP程序计算出辐照材料处的fE0.625eV，计算得到材料辐照的fE1MeV，从而计算出材料辐照的中子注量fE1MeV。HFETR第67炉9#辐照孔道辐照W试样中子能谱计算结果见表1，中子注量计算结果见表2。由表2知，当HFETR运行1449MWd时，W试样可出堆，中子注量fE1MeV计算值为1.51019cm-2。3结论HFETR第67炉9#辐照孔道辐照W试样堆内辐照，根据预示计算的辐照时间出堆。出堆后中子注量测量结果说明W试样的辐照中子注量fE1MeV为1.631019cm-2，与计算预示值的偏向为+8.67%，小于10%的要求，设计预示计算满足材料辐照的要求；并且可以快速进展预示计算。本方法适用于同类型研究堆的材料辐照考验工作。责任编辑：朱丽娜endprint
