基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法 |
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| 申请号 | CN202310851783.3 | 申请日 | 2023-07-12 | 公开(公告)号 | CN116884664B | 公开(公告)日 | 2024-03-01 |
| 申请人 | 上海交通大学; | 发明人 | 潘清泉; 赵庆飞; 刘晓晶; | ||||
| 摘要 | 一种基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法，基于子群燃耗技术计算辐照生产锎‑252过程中的各个能区相对重要性指标和能区绝对重要性指标，以表征各能区内的核素转化率，进而构建能谱重要性曲线；根据能谱重要性曲线确定积极能区和消极能区，并分别通过单 能量 燃耗技术提高积极能区的 中子 通量、通过能谱过滤技术降低消极能区的中子通量，进而实现能谱调制并显著提升核素转化率与锎‑252的生产效率。根据子群燃耗技术确定能谱重要性曲线，进而实现能谱调制，从而显著提高稀缺同位素的辐照生产效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法，其特征在于，基于子群燃耗技术计算辐照生产锎‑252过程中的各个能区相对重要性指标和能区绝对重要性指标，以表征各能区内的核素转化率，进而构建能谱重要性曲线；根据能谱重要性曲线确定积极能区和消极能区，并分别通过单能量燃耗技术提高积极能区的中子通量、通过能谱过滤技术降低消极能区的中子通量，进而实现能谱调制并显著提升核素转化率与锎‑252的生产效率； |
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| 说明书全文 | 基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法技术领域[0001] 本发明涉及的是一种稀缺同位素辐照生产领域的技术，具体是基于子群燃耗技术实现精细化的能谱分析并用于锎‑252辐照生产的方法。 背景技术[0002] 以锎‑252为代表的稀缺同位素在国民经济发展中起着非常重要的作用，广泛应用于工业、农业以及医学等领域。但是，目前稀缺同位素的辐照生产面临着中子学模型不够精细的问题，导致核素转化率低和生产成本高。 发明内容[0003] 本发明针对现有技术缺乏精细化中子学模型的问题，提出一种基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法，根据子群燃耗技术确定能谱重要性曲线，进而实现能谱调制，从而显著提高稀缺同位素的辐照生产效率。 [0004] 本发明是通过以下技术方案实现的： [0005] 本发明涉及一种基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法，基于子群燃耗技术计算辐照生产锎‑252过程中的各个能区相对重要性指标和能区绝对重要性指标，以表征各能区内的核素转化率，进而构建能谱重要性曲线；根据能谱重要性曲线确定积极能区和消极能区，并分别通过单能量燃耗技术提高积极能区的中子通量、通过能谱过滤技术降低消极能区的中子通量，进而实现能谱调制并显著提升核素转化率与锎‑252的生产效率。 [0006] 所述的能区相对重要性指标和能区绝对重要性指标，具体通过以下方式计算得到： 和 其中：Y和Yi分别为在第i个能群内通量降低前和降低后的锎‑252产量，ΔYi为第i个能群内通量降低前和降低后的锎‑252产量的变化量，φi和φi′分别为通量降低前和降低后的群中子通量，下标i为能群的序列号，M为通量降低的比例，可取M＝1/8，M＝1/4，M＝1/2和M＝1/1。 [0007] 所述的通量降低是指：将全能谱划分为238个能群，在燃耗计算中逐一降低238个能群的中子通量，计算得到通量未降低时锎‑252的产量和238个能群通量逐一降低时的锎‑252产量。 [0008] 所述的能谱重要性曲线，即以能量为横轴、以238个能群的能区相对重要性指标和能区绝对重要性指标为纵轴得到。 [0009] 所述的积极能区是指：当中子通量降低时，锎‑252的产量相应降低时所对应的能量区间。 [0010] 所述的消极能区是指：当中子通量降低时，锎‑252的产量相应提高时所对应的能量区间。 [0011] 所述的单能量燃耗技术是指：在燃耗计算中保证总中子通量不变，让所有的中子均处于对应着重要性较大值的能量区间内，从而提高锎‑252的产量；优选进一步通过进行蒙卡燃耗计算确定锎‑252的产额，从而量化该能量区间内的核素转化率和锎‑252的生产效率。 [0012] 所述的能谱过滤技术是指：采用核数据可视化程序(JANIS)筛选出消极能区内反应截面较高的核素并在靶件内部弥散这些核素，从而增加在这些能量区间内的核反应，降低这些能量区间内的中子通量，提升锎‑252的产量；优选进一步通过进行蒙卡燃耗计算确定锎‑252的产额，从而量化该能量区间内的核素转化率和锎‑252的生产效率。 [0013] 技术效果 [0014] 本发明基于精细化的能谱重要性曲线，通过单能量燃耗技术实现积极能区内的中子通量提升，通过能谱过滤技术实现消极能区内的中子通量降低，实现精细化的能谱调制，解决传统方法在稀缺同位素辐照生产中缺乏精细化中子学模型的问题。本发明整体上实现精细化能谱分析和能谱最优化调制，从而有效提升稀缺同位素的辐照生产效率，为中国实现稀缺同位素的自主化辐照生产提供技术支撑。附图说明 [0015] 图1为本发明流程图； [0016] 图2为实施例的典型高通量堆建模示意图； [0017] 图3为典型高通量堆建模正确性的计算结果示意图； [0018] 图4为M＝1/1时的能谱重要性曲线示意图； [0019] 图5为M＝1/2时的能谱重要性曲线示意图； [0020] 图6为M＝1/4时的能谱重要性曲线示意图； [0021] 图7为M＝1/8时的能谱重要性曲线示意图； [0022] 图8为所选过滤核素的总截面曲线示意图。 具体实施方式[0023] 本实施例在图2所示的典型高通量反应堆模型中进行实施，该模型通过RMC程序构建得到，如图3所示，为RMC建模正确性的计算结果。RMC计算所得的全堆总中子通量分布和热群中子通量分布与参考解吻合良好，证明RMC建模的正确性。 [0024] 如图1所示，为本实施例涉及的一种基于子群燃耗技术的稀缺同位素精细化能谱辐照生产方法，以辐照生产锎‑252为例，包括以下步骤： [0025] 步骤1)采集子群燃耗技术对生产锎‑252过程中的能谱数据，具体包括： [0026] 1.1)使用RMC程序进行全堆燃耗计算，燃耗期为90天，通过关注锎‑252的核素密度量化当前辐照方案下的锎‑252产量，该产量记为Y。将全能区分为238个能群，计算在238个能群内的中子通量φi。 [0027] 1.2)使用RMC程序进行子群燃耗分析，逐一降低238个能群的中子通量，依次计算在238次能群通量降低的情况下的锎‑252产量Yi，依次计算在238次能群通量降低的情况下的能群内中子通量φiˊ，其中：i为能群的序号，可取1到238。通量降低的比例M，可取M＝1/1，M＝1/2，M＝1/4和M＝1/8。 [0028] 步骤2)计算第i个能群的相对重要性指标 以及第i个能群的绝对重要性指标 并将238个能区的相对重要性指标和绝对重要 性指标作图，得到全能谱的相对能谱重要性曲线和绝对能谱重要性曲线。因为M有4种取值，且有相对重要性和绝对重要性这两种重要性计算式，所以一共可以得到8条能谱重要性曲线，以M的取值作为分类标准，一共得到4张能谱重要性曲线图，其中：图4为M＝1/1时的能谱重要性曲线；图5为M＝1/2时的能谱重要性曲线；图6为M＝1/4时的能谱重要性曲线；图7为M＝1/8时的能谱重要性曲线。 [0029] 如图4‑图7所示，不论M取值多少，这8条能谱重要性曲线的整体趋势一致，证明基于子群燃耗技术的精细化能谱分析方法具有普适性。同时可以看出，I2整体上比I1大，这是因为在计算I2时需要除以中子通量的绝对值，但是群中子通量存在着量级上的差别，所以导致I2在不同能群区间内也存在着量级上的差别。 [0030] 步骤3)基于步骤2得到的能谱重要性曲线的较大值和较小值确定对应的积极能区和消极能区，如表1所示。 [0031] 表1积极能区与消极能区的能量范围和重要性数值。 [0032] [0033] [0034] 从表1中可以看出，[7.00×10‑6,7.15×10‑6],[7.15×10‑6,8.10×10‑6],[2.50×‑5 ‑5 ‑5 ‑5 ‑5 ‑5 ‑510 ,2.75×10 ],[3.46×10 ,3.55×10 ],[7.20×10 ,7.60×10 ],[7.60×10 ,8.00‑5 ‑5 ‑4 ‑6 ‑6 ×10 ],[9.00×10 ,1.00×10 ]这7个能量区间为积极能区，[4.00×10 ,4.70×10 ],‑5 ‑5 ‑5 ‑5 [1.60×10 ,1.70×10 ],[1.70×10 ,1.85×10 ]这3个能量区间为消极能区，其中：根据以往的物理基础，已知积极能区内的中子对生产有利，通过提高该能区内的中子通量可以提高锎‑252的产量，消极能区内的中子对生产有害，通过降低该能区内的中子通量可以提高锎‑252的产量。 [0035] 步骤4)采用单能量燃耗技术依次提高积极能区内的中子通量，具体为：燃耗计算中保证总中子通量不变，让所有的中子均处于对应着重要性较大值的能量区间内，从而提高锎‑252的产量，进行燃耗计算确定在采用单能量燃耗技术后的锎‑252产量，通过对比采‑6用单能量燃耗技术前后的锎‑252产量量化单能量燃耗技术的有效性，以[7.00×10 ,7.15‑6 ‑6 ‑6 ‑5 ‑5 ‑5 ‑5 ×10 ],[7.15×10 ,8.10×10 ],[2.50×10 ,2.75×10 ],[7.20×10 ,7.60×10 ],‑5 ‑5 [7.60×10 ,8.00×10 ]这5个能量区间为例，计算结果如表2所示。 [0036] 表2.采用单能量燃耗技术前后的锎‑252产量。 [0037] [0038] 从表2中可以看出，采用单能量燃耗技术可以显著提高锎‑252的产量。 [0039] 步骤5)采用能谱过滤技术依次降低消极能区内的中子通量，具体为：采用核数据105 可视化程序(JANIS)筛选出在消极能区内反应截面较高的核素，分别采用 Rh降低[4.00×‑6 ‑6 127 ‑5 ‑5 10 ,4.70×10 ]能量区间内的中子通量，采用 I降低[1.60×10 ,1.70×10 ]能量区间 153 ‑5 ‑5 152 内的中子通量，采用 Sm降低[1.70×10 ,1.85×10 ]内的中子通量，采用 Eu同时降低 105 127 153 152 这3个能量区间内的中子通量。 Rh, I, Sm和 Eu的总截面见图8。 [0040] 从图8中可以看出，105Rh的总截面在[4.00×10‑6,4.70×10‑6]能量区间内具有峰127 ‑5 ‑5 值，预期可以降低在该能量区间内的中子通量。 I的总截面在[1.60×10 ,1.70×10 ]能 153 量区间内具有峰值，预期可以降低在该能量区间内的中子通量。 Sm的总截面在[1.70×‑5 ‑5 152 10 ,1.85×10 ]能量区间内具有峰值，预期可以降低在该能量区间内的中子通量。 Eu的总截面在这3个能量区间内均具有峰值，预期可以同时降低这3个能量区间内的中子通量。 [0041] 通过燃耗计算确定在采用能谱过滤技术后的锎‑252产量，通过对比采用能谱过滤技术前后的锎‑252产量量化能谱过滤技术的有效性，如表3所示。 [0042] 表3采用能谱过滤技术的效果对比图 [0043] [0044] 从表3所示，能谱过滤技术可以有效降低在特定能量区间内的中子通量，其中‑6 ‑6 ‑5[4.00×10 ,4.70×10 ]能量区间内的中子通量最高降低75.84％，[1.60×10 ,1.70×‑5 ‑5 ‑5 10 ]能量区间内的中子通量最高降低3.56％，[1.70×10 ,1.85×10 ]能量区间内的中子通量最高降低14.00％。所以，能谱过滤技术可以有效实现能谱调制。同时，在采用能谱过滤 105 技术以后，锎‑252的产量明显提升，特别是采用 Rh时，产量提升率达到161.60％。所以，能谱过滤技术可以有效降低消极能区的中子通量，有效提升锎‑252的产量，有助于稀缺同位素的生产过程。 [0045] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。 |
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