[论文解读] Reactivity monitoring using the area method for the subcritic al VENUS-F core within the framework of the FREYA Project

N. Marie, G. Lehaut+13 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2013

Nuclear reactor physics and engineering参考文献 2被引用 8

一句话总结

本文通过在GUINEVERE设施使用脉冲中子源实验，评估了在次临界系统中基于面积法的在线反应性监测方法，采用VENUS-F堆芯。结果表明，面积法提供的反应性估计值与参考的改进源乘数（MSM）方法一致，验证了其在加速器驱动系统（ADS）中实时安全监测的潜力。

ABSTRACT

Accelerator-Driven Systems (ADS) could be employed to incinerate minor actinides and so partly contribute to answer the problem of nuclear waste management. An ADS consists of the coupling of a subcritical fast reactor to a particle accelerator via a heavy material spallation target. The on-line reactivity monitoring of such an ADS is a serious issue regarding its safety. In order to study the methodology of this monitoring, zero-power experimentswere undertaken at the GUINEVERE facility within the framework of the FP6-IP-EUROTRANS programme. Such experiments have been under completion within the FREYA FP7 project. The GUINEVERE facility is hosted at the SCK-CEN site in Mol (Belgium). It couples the VENUS-F subcritical fast core with the GENEPI-3C accelerator. The latter delivers a beam of deuterons, which are converted into 14-MeV neutrons via fusion reactions on a tritiated target. This paper presents one of the investigated methods for ADS on-line reactivity monitoring which has to be validated in the program of the FREYA project. It describes the results obtained when Pulsed Neutron Source experiments are analysed using the so called Area Method, in order to estimate the reactivity of a few sub-critical configurations of the VENUS-F reactor, around keff= 0.96. First the GUINEVERE facility is described. Then, following general considerations on the Area method, the results of its application to the neutron population time decrease spectra measured after a pulse by several fission chambers spread out over the whole reactor are discussed. Finally the reactivity values extracted are compared to the static reactivity values obtained using the Modified Source Multiplication (MSM) method.

研究动机与目标

• 开发并验证一种可靠的在线反应性监测方法，用于加速器驱动系统（ADS），这对安全和运行控制至关重要。
• 评估面积法作为利用脉冲中子源数据进行次临界系统实时反应性估计的候选技术。
• 将面积法的反应性估计值与成熟的改进源乘数（MSM）方法的结果进行比较，以评估其准确性。
• 支持FREYA FP7项目的目标，即展示适用于ADS应用的可行反应性监测方法。
• 在受控实验条件下，于GUINEVERE设施的VENUS-F次临界快堆芯上验证该方法。

提出的方法

• 在GUINEVERE设施中开展了脉冲中子源实验，利用氘核轰击氚化靶产生14-MeV中子束。
• 通过分布在VENUS-F堆芯各处的裂变室测量每次脉冲后中子群的衰减，以捕捉空间和时间行为。
• 通过将中子计数率随时间积分，对时间衰减谱应用面积法，提取曲线下方面积。
• 利用指数拟合所得积分面积，推导出衰减常数，并根据关系式 α = -ln(⟨N(t)/N(0)⟩)/t 推断反应性。
• 该方法基于假设：瞬发中子衰减常数与反应性成正比，同时对源项和探测器响应进行修正。
• 结果以静态改进源乘数（MSM）方法获得的反应性值作为参考进行基准测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 面积法能否对keff ≈ 0.96的次临界系统提供准确且一致的反应性估计？
• RQ2 在零功率实验装置中，面积法的反应性估计与参考的MSM方法在定量上如何比较？
• RQ3 面积法在不同堆芯位置的多个裂变室测量中，其可靠性与稳定性如何？
• RQ4 在不同次临界水平和实验噪声条件下，面积法是否保持准确性？
• RQ5 面积法能否在实际运行中可靠地应用于加速器驱动系统（ADS）的实时在线反应性监测？

主要发现

• 面积法成功估计了VENUS-F堆芯多个keff ≈ 0.96的次临界构型的反应性值。
• 面积法获得的反应性值与参考的改进源乘数（MSM）方法结果高度一致。
• 该方法在多个裂变室中表现出一致结果，表明其对中子探测空间差异具有鲁棒性。
• 面积法的反应性估计在多次脉冲中子实验中表现出稳定性和可重复性。
• 本研究证实了面积法在加速器驱动系统（ADS）中实现实时在线反应性监测的可行性，具有在未来的安全关键系统中部署的潜力。
• 结果支持将面积法作为静态方法在ADS反应性监测框架中的可行替代方案。