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中子输运本征值问题和γ射线探测效率的蒙特卡罗方法研究

乔录成  
【摘要】: 对于提供核能源或中子源的核裂变反应系统,需从理论上给出它的临界安全性和中子能谱,通常通过k本征值问题的计算来实现。由于蒙特卡罗方法(简称MC方法)被认为是处理粒子输运问题的精确计算方法,国外已发展出了计算k本征值问题的蒙特卡罗程序,例如KENO、MCNP等,但这些程序都不能计算除k本征值问题以外的其它诸如λ、α等本征值问题,而对于特定的核裂变系统,采用这些本征值比用k本征值问题更为重要,比如采用λ本征值问题可以得到比用k本征值问题更接近实际的中子能谱。为此,我们从对λ本征值问题计算模型的研究出发,在原有KENO程序的基础上,研制出了计算λ本征值问题的蒙特卡罗程序。 环境中放射性对健康的影响日益成为人们关心的问题。在放射性测量中,采用高纯锗γ谱仪可以方便地分析环境样品中放射性核素的种类和含量,但要准确地分析核素含量,需要准确知道各样品中的各种能量γ射线的探测效率,通常由一定密度和样品量的标准样品来得到这一效率。但由于待测环境样品的来源不同,其介质成份、密度和体积量可能相差很大,实验上又难以制作各种各样的标准样品,采用蒙特卡罗方法可以比较容易地解决这些问题,对此,我们采用蒙特卡罗方法,研究了高纯锗γ谱仪对不同环境样品的探测效率,解决了实验上制作各种标准样品的难题。 针对上述问题取得了如下创新结果: 1.在蒙特卡罗程序KENO-Ⅳ的基础上,建立了λ-k_(eff)迭代计算模型,从原理和方法上解决了λ本征值问题的计算。该模型把λ本征值问题的计算转化成带参数λ的一系列k本征值问题的计算,其参数λ值的调节通过上一次迭代计算的k_(eff)来实现。 2.研制出了计算入本征值问题的蒙特卡罗程序,并用该程序进行了入本征 值问题的计算。计算所得入本征值、入本征值能谱与理论预言吻合。为反应堆 等核裂变系统的核临界安全分析和中子核反应率的计算提供了有意义的结果。 3.利用蒙特卡罗程序MCmp-4B模拟计算了高纯锗Y谱仪对环境样品的探 测效率,并与标准样品的实验结果比较,检验了计算结果的正确性。 4.模拟计算了探测效率随环境样品成份、密度及样品体积的变化规律,得 出了具有实际意义的结果,解决了实验中制作各种标准样品的烦琐问题。


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