快中子与铋作用的俘获率及泄漏中子能谱积分参数研究

The accuracy of evaluated libraries of bismuth is the key factor to the validation of the physics design for Pb-Bi cooled reactors, especially for the determination of radioactive heavy metal 210Po. The reliability of nuclear data libraries of bismuth must be validated by relevant integral neutronic experiments. In this project, many works, including the establishment of two-dimensional metallic bismuth benchmark, development of relevant neutronic experimental technique, obtain the 210Po production rate and neutron leakage spectra, are planned. From these experimental results, we can analyze the evaluated nuclear libraries and interrelated covariance. The works can also be used to re-evaluate the planning libraries, and provide foundation for deeply integral neutronic study of bismuth.

铋核素评价核数据库的准确性是决定铅铋冷却快堆物理设计有效性的关键因素之一，对带来潜在危害的210Po在反应堆设计中的定量分析尤为重要。铋核数据的可靠性需要通过开展相关中子学积分实验研究进行校验。本项目拟通过开展铋的俘获率和泄漏中子能谱研究，发展相关中子学积分参数测量技术，设计并建立可以反映更多散射中子信息的二维金属铋基准装置，获取铋中子俘获率和中子能谱等中子学积分参数，校验铋核参数，给出主要评价数据库的可靠性分析结果，为铅铋冷却快堆和ADS系统的物理设计，提供铋的相关中子学积分实验数据，并为深入开展铋核素的中子积分学研究打下技术基础。

铅铋材料作为快中子增殖堆和加速器驱动次临界系统的理想冷却剂材料，其评价中子核数据的准确性直接影响到两者的设计和安全，因此有必要开展中子学宏观实验以验证现有铅基材料评价中子截面数据的可靠性。. 本项目通过开展铋的俘获率和泄漏中子能谱研究，发展了包含活化法和飞行时间法相关的中子学积分参数测量技术，设计并建立可以反映更多散射中子信息的二维金属铋基准装置，并利用中国原子能研究院的D-T脉冲中子发生器进行了中子泄漏谱的实验测量。研究采用飞行时间法，通过BC501A液闪探测器记录了铅铋样品的泄漏中子谱。项目使用超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC建立了实验的蒙卡模拟计算模型，分别使用ENDF/B-VII.1、JEFF-3.1和JENDL-4.0数据库对实验开展了蒙卡模拟研究。通过对比实验谱与模拟谱，对不同铋中子截面数据库进行了评价，并针对实验和计算的差别进行了敏感性分析，找出可能存在问题的反应道。. 研究结果包括，通过对比实验与计算结果，发现 ENDF/B-VII.1的模拟结果和实验结果相比JEFF-3.1和JENDL-4.0存在更大的差异，尤其在5.5-7 MeV能段。通过对ENDF/B-VII.1中209Bi有关截面的敏感性分析，发现209Bi的(n,2n) 截面对能谱有明显影响。通过读取三个数据库209Bi的(n, 2n)截面数据，基本确定模拟值与实验值之间的较大差异与ENDF/B-VII.1数据库209Bi的(n, 2n)截面有关。. 项目成果已发表SCI期刊论文2篇及国内中文核心期刊1篇，并在2016年的ICRS-13 & RPSD-2016国际会议上进行了口头汇报，得到了与会同行的广泛关注。研究成果可为正在发展的铅铋冷却快堆及ADS示范项目的物理设计提供数据库方面的使用指导，也可以对国际铋核数据库的评价与修订提供了实验数据支持。