一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法

本发明涉及钚-238辐照生产，尤其是涉及一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法。

背景技术：

1、钚-238是一种理想的热源同位素，广泛应用于工业、农业以及医学等领域。但是，在反应堆中辐照生产钚-238时面临着生产效率低、生产成本高的问题，有必要开展相关研究来提高钚-238的生产效率。

技术实现思路

1、针对现有在反应堆中辐照生产钚-238的低效率问题，提出一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法。该方法基于极值燃耗分析方法来量化不同能区内钚-238的辐照生产效率，并且通过在靶件内弥散特定核素来实现中子能谱的优化，从而显著提高钚-238的辐照生产效率。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，包括以下步骤：

4、s1：对反应堆、辐照孔道和靶件进行建模，得到高通量反应堆模型；

5、s2：基于所述高通量反应堆模型，将全能区分成若干个能量区间；

6、s3：使用极值燃耗分析方法来计算各个能区的能区效率因子，从而确定在反应堆中辐照生产钚-238的最优中子能谱；

7、s4：使用极值燃耗分析方法计算所得的效率因子曲线来指导能谱优化，从而提高钚-238的生产效率。

8、进一步地，s1中，使用蒙特卡罗程序rmc对反应堆、辐照孔道和靶件进行建模。

9、进一步地，s3中，所述极值燃耗分析方法具体为：

10、采用微扰燃耗方法或者单能量燃耗方法来建立钚-238产量与辐照时间的关系，记作yi(x)，为了消除辐照时间对产量的影响，以产量yi(x)对x的导数的最大值，记作ei，来量化第i个能区内的钚-238生产效率。

11、进一步地，s3中，所述微扰燃耗方法为：将全能区分成若干个能量区间，逐一降低各能区内的中子通量，观察各能区中子通量降低对钚-238产量的影响，记作重要性其中ii代表第i个能区的重要性，y和yi分别为在第i个能群内中子通量降低前和降低后的钚-238产量，δyi为第i个能群内中子通量降低前和降低后的钚-238产量的变化量，φi和φi′分别为通量降低前和降低后的能区中子通量，下标i为能区的序列号。

12、进一步地，s3中，通过所述微扰燃耗方法计算出辐照时间为x天时的重要性，从而建立钚-238产量与辐照时间的关系，即yi(x)。

13、进一步地，s3中，所述单能量燃耗方法为：将全能区分成若干个能量区间，在燃耗计算中保证总中子通量不变，逐一假设辐照孔道内布置了能量在第i个能区内的单能中子源，计算确定靶件在经过该单能中子源辐照x天后的钚-238产量，即yi(x)。

14、进一步地，s3中，能区效率因子ei具体通过以下方式计算得到：基于极值燃耗分析方法确定第i个能区的钚-238生产效率ei，ei值即为第i个能区的能区效率因子。

15、进一步地，s3中，还包括能谱总效率最大化，具体过程为：在核数据库中查找目标核素，该核素总截面随能量的分布与该最优中子能谱成反比，将该核素布置在辐照孔道周边或者弥散在靶件内，此时该核素在ei较小的能区内具有较大的总截面，增大了该能区内的宏观总截面，从而降低该能区内的中子通量，在ei较大的能区内具有较小的总截面，降低了该能区的宏观总截面，从而可以提高该能区内的中子通量，从而实现能谱总效率最大化，实现辐照孔道处的能谱优化并显著提升钚-238的生产效率。

16、进一步地，s3中，核素总截面随能量的分布与该最优中子能谱成反比通过以下方式来近似：

17、计算其中，ti为某核素的能量相关总截面，ei为第i个能区的能区效率因子，n为划分能区的总数，如果某核素能够实现t最大化，则认为该核素为能谱优化所需的最佳核素。

18、进一步地，s3中，能谱总效率与对应的钚-238产量的获取方式为：

19、基于式子来计算各辐照方案的能谱总效率e，使用蒙卡燃耗方法来计算各辐照方案的钚-238的实际产量。

20、与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

21、本发明基于极值燃耗分析方法可以量化在反应堆中辐照生产钚-238时，各个能量区间内的钚-238生产效率，从而有效支撑了钚-238的辐照生产优化。同时，基于能谱优化技术来实现“能谱总效率”最大化，从而显著提高在反应堆中辐照生产钚-238的生产效率，解决传统方法生产效率低的问题，建立起反应堆辐照生产钚-238的精细化中子学模型，为实现高效的钚-238生产提供技术支撑。

技术特征：

1.一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s1中，使用蒙特卡罗程序rmc对反应堆、辐照孔道和靶件进行建模。

3.根据权利要求1所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，所述极值燃耗分析方法具体为：

4.根据权利要求3所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，所述微扰燃耗方法为：将全能区分成若干个能量区间，逐一降低各能区内的中子通量，观察各能区中子通量降低对钚-238产量的影响，记作重要性其中ii代表第i个能区的重要性，y和yi分别为在第i个能群内中子通量降低前和降低后的钚-238产量，δyi为第i个能群内中子通量降低前和降低后的钚-238产量的变化量，φi和φi′分别为通量降低前和降低后的能区中子通量，下标i为能区的序列号。

5.根据权利要求3所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，通过所述微扰燃耗方法计算出辐照时间为x天时的重要性，从而建立钚-238产量与辐照时间的关系，即yi(x)。

6.根据权利要求3所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，所述单能量燃耗方法为：将全能区分成若干个能量区间，在燃耗计算中保证总中子通量不变，逐一假设辐照孔道内布置了能量在第i个能区内的单能中子源，计算确定靶件在经过该单能中子源辐照x天后的钚-238产量，即yi(x)。

7.根据权利要求3所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，能区效率因子ei具体通过以下方式计算得到：基于极值燃耗分析方法确定第i个能区的钚-238生产效率ei，ei值即为第i个能区的能区效率因子。

8.根据权利要求3所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，还包括能谱总效率最大化，具体过程为：在核数据库中查找目标核素，该核素总截面随能量的分布与该最优中子能谱成反比，将该核素布置在辐照孔道周边或者弥散在靶件内，此时该核素在ei较小的能区内具有较大的总截面，增大了该能区内的宏观总截面，从而降低该能区内的中子通量，在ei较大的能区内具有较小的总截面，降低了该能区的宏观总截面，从而可以提高该能区内的中子通量，从而实现能谱总效率最大化，实现辐照孔道处的能谱优化并显著提升钚-238的生产效率。

9.根据权利要求8所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，核素总截面随能量的分布与该最优中子能谱成反比通过以下方式来近似：

10.根据权利要求9所述的一种基于极值燃耗分析方法的钚-238高效辐照生产方法，其特征在于，s3中，能谱总效率与对应的钚-238产量的获取方式为：

技术总结
本发明涉及一种基于极值燃耗分析方法的钚‑238高效辐照生产方法，包括以下步骤：S1：对反应堆、辐照孔道和靶件进行建模，得到高通量反应堆模型；S2：基于所述高通量反应堆模型，将全能区分成若干个能量区间；S3：使用极值燃耗分析方法来计算各个能区的能区效率因子，从而确定在反应堆中辐照生产钚‑238的最优中子能谱；S4：使用极值燃耗分析方法计算所得的效率因子曲线来指导能谱优化，从而提高钚‑238的生产效率。与现有技术相比，本发明基于极值燃耗分析方法来量化不同能区内钚‑238的辐照生产效率，并且通过在靶件内弥散特定核素来实现中子能谱的优化，从而显著提高钚‑238的辐照生产效率。

技术研发人员：潘清泉,赵庆飞,刘晓晶,熊进标
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8