快中子嬗变长寿命核素有效性的实验研究

ADS is a subcritical system, so it is safety according to criticality. ADS is benefit for the transmutation long-life nuclide because of the large number of remaining fast neutrons. Continued development of nuclear energy can be achieved.The basic data for the Actinide is very lack,because of the little focus on the long-life Actinide in previous nuclear energy systems. Benchmark fast critical assembly with the advantage of the known neutron fluence and energy spectrum can be used in the experiments to get the basic data for the design of ADS to transmutation waste. The fission reaction rate and capture reaction rate of Np-237, Pu-239, Am-241 and other nuclides in fast neutron field can be measured with fission chamber ,fission plated piece and high-purity germanium spectrometer. Database parameters can be tested with experimental results meanwhile experimental results can supply the basic data for the design of ADS transmutation.

加速器驱动次临界系统（ADS）是属于次临界系统，安全性很高，可以作为一种可选的核能系统和高强度的中子源；ADS剩余中子多且是快中子有利于嬗变长寿命核素，可以实现核能的持续发展。由于长寿命次锕系核素在以前的核能系统中很少关注，因此它们的基础数据(如嬗变率)比较缺乏。为ADS嬗变的设计提供基础数据，拟利用基准性较好的快中子临界装置（采用金属高富集度的浓缩铀元件为活性区，无反射和慢化材料，中子能谱近裂变谱，平均中子能量1.4MeV,与ADS中子能谱接近），利用快中子临界装置的中子注量和能谱确知的优势，采用裂变电离室、裂变镀片与高纯锗谱仪、裂变镀片与固体径迹探测器（或核乳胶）等方法测量Np-237, Pu-239, Am-241等核素在快中子场中的裂变反应率和俘获反应率。并利用实验结果对数据库参数进行检验，为ADS嬗变设计提供基础数据。

本项目按照预定的研究计划，本项目在计划周期内完成了全部研究内容，研究期间主要开展了三方面的工作：（1）实验测量了快中子对237Np、239Pu、241Am等核素的裂变和俘获参数，获得了几种核素与ADS快中子的作用参数；（2）提出了ADS中子能谱的实验测量设计，用快中子临界装置进行了验证，提出了一种测量ADS中子能谱的方法；（3）实验测量了外中子源在次临界系统中的倍增行为并进行了分析，获得了外中子在次临界系统中倍增的认识。.制作239Pu、237Np等裂变材料的裂变室，建立了用B+Cd套、Cd套、裸裂变室分三段测量快中子场中子注量率的方法，并在CFBR-II反应堆上进行了验证实验，可以测量ADS系统热中子、共振区中子以及快中子的中子注量率。测量了裸的239Pu裂变室、加镉套239Pu裂变室和加硼套239Pu裂变室在相同的中子场中的裂变反应率，获得了快中子临界装置泄露中子场中热中子、共振区中子和快中子份额分别是2.1%、2.1%和95.8%。当在239Pu裂变室外加2cm的聚乙烯对中子慢化后，测量到的裂变反应率是裸239Pu裂变室的裂变反应率的18.5倍。用239Pu、237Np为裂变材料的裂变电离室，考察不同能谱中子对不同裂变材料裂变反应率的影响。.散裂靶中子源在MeV能量范围内与裂变中子源能谱相近，由于在主要的能区能谱相似，因此测量裂变区中子能谱的方法，如活化法等，对于散裂靶中子能谱测量应该是可行的。选取了In、Al、Mg、Ti、Au、Ni、Zn、Rh、Fe、Cu和Co等活化箔在一个圆柱形的高浓缩铀快中子临界装置上进行验证实验，研究表明该方法是可行的，提出利用活化箔测量散裂靶中子源中子能谱测量方法。中子能谱是反应堆和其它中子源的基本参数，在中子能谱测量中，比较困难的问题就不确定度的评定，以6Li夹心半导体中子谱仪测量CFBR-II堆泄漏中子谱为例，对三个典型能区中子注量率谱的不确定度进行了分析，提出采用En=10keV（代表20keV能区以下中子）、En=0.6MeV（代表最可几能区中子）、En=5MeV（代表高能区5MeV中子）典型能区中子注量率谱分析中子能谱不确定度评定方法。