反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆運(yùn)行的數(shù)值模擬

朱劍鈺　徐雪峰,2　蘇佳杭,2　謝文雄（中國工程物理研究院戰(zhàn)略研究中心　北京 00088）2（中國工程物理研究院 研究生院　北京 00088）

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反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆運(yùn)行的數(shù)值模擬

朱劍鈺1徐雪峰1,2蘇佳杭1,2謝文雄1
1（中國工程物理研究院戰(zhàn)略研究中心北京 100088）
2（中國工程物理研究院 研究生院北京 100088）

摘要利用反應(yīng)堆出射反中微子計(jì)數(shù)監(jiān)測反應(yīng)堆運(yùn)行，是國際上新興的防擴(kuò)散監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。為研究該方法監(jiān)測反應(yīng)堆的能力，我們通過在現(xiàn)有MCNP5和MCORGS數(shù)值模擬軟件中增加了蒙特卡羅方法模擬出射反中微子數(shù)目、能量和方向等信息的功能，開發(fā)出了用于模擬探測反應(yīng)堆運(yùn)行時出射反中微子的數(shù)值模擬軟件。利用該軟件我們研究了反應(yīng)堆燃耗與出射反中微子計(jì)數(shù)關(guān)系、不同燃耗下鈾和钚材料同位素比與出射反中微子計(jì)數(shù)關(guān)系、不同反應(yīng)堆運(yùn)行和換料條件下出射中子隨反應(yīng)堆運(yùn)行時間的變化規(guī)律等問題。數(shù)值模擬結(jié)果表明，反應(yīng)堆出射反中微子計(jì)數(shù)可以提供與反應(yīng)堆運(yùn)行情況相關(guān)的信息。

關(guān)鍵詞蒙特卡羅方法，裂變反中微子，反應(yīng)堆監(jiān)測，防擴(kuò)散監(jiān)測技術(shù)

verification technologies,radiation detection technologies

Numerical simulation on monitoring nuclear reactor by anti-neutrino

ZHU Jianyu1XU Xuefeng1,2SU Jiahang1,2XIE Wenxiong1
1(Center for Strategic Studies of China Academy of Engineering Physics,Beijing 100088,China)2(Graduate School,China Academy of Engineering Physics,Beijing 100088,China)

AbstractBackground:Anti-neutrino detection,a promising tool for nuclear reactor monitoring by International Atomic Energy Agency(IAEA),is tested by several experiments.The effectiveness and limitation of the method should be studied by numerical simulations.Purpose:The aim is to study the effectiveness and limitation of monitoring nuclear reactor by anti-neutrino detection.Methods:A code was developed to calculate the counting of anti-neutrino generated by nuclear reactor based on MCNP code.The anti-neutron counting was simulated and analyzed with various nuclear reactor operation modes.Results:The anti-neutrino counting was related to the burn-up and isotope abundances of the reactor.Conclusion:It is possible to provide useful evidence on reactor operation to detect the count of anti-neutrino emitted by the reactor.

Key wordsMonte Carlo method,Fission-antineutrino,Reactor monitoring,Non-proliferation safeguard technology

利用反中微子探測核反應(yīng)堆運(yùn)行和核材料生產(chǎn)是近幾年新興的核查與防擴(kuò)散技術(shù)。該技術(shù)抗干擾性強(qiáng)，不具有入侵性，不要求與反應(yīng)堆連接，可實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)堆運(yùn)行狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)測。將來還可以用于任何人為裂變進(jìn)程的監(jiān)測，比如《全面禁止核試驗(yàn)條約》(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty,CTBT)等條約的現(xiàn)場核查，以及對海軍堆燃料的探測等[1]。

通過對反應(yīng)堆核材料出射反中微子的測量，可以獲得反應(yīng)堆停堆、功率調(diào)整以及卸料等信息。在裂變過程中，平均每次原子核裂變會產(chǎn)生約6個反中微子，反中微子數(shù)量與反應(yīng)堆內(nèi)裂變發(fā)生次數(shù)相關(guān)。因而檢測反應(yīng)堆產(chǎn)生的反中微子強(qiáng)度變化，可以提供反應(yīng)堆運(yùn)行狀況信息。另外，239Pu和238U裂變產(chǎn)生反中微子的能譜具有不同分布特征，導(dǎo)致探測器對兩類反中微子的平均探測效率存在差異。對探測到的反中微子強(qiáng)度和反應(yīng)堆功率的聯(lián)合分析還可以提供與反應(yīng)堆內(nèi)Pu材料含量相關(guān)的信息[1]。

利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆運(yùn)行的概念最早由Mikaélyan等[2]提出，并進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2007年Sowden等[3]聯(lián)合發(fā)表文章，介紹了由美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯·利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開展的利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過對美國圣·奧諾弗雷商用反應(yīng)堆10年的監(jiān)測，檢驗(yàn)了反中微子對反應(yīng)堆運(yùn)行狀況的監(jiān)測能力。研究結(jié)果表明，反中微子探測器的探測結(jié)果可以反映出反應(yīng)堆的運(yùn)行情況。通過分析1-3 h內(nèi)的計(jì)數(shù)變化，可以判斷出反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài)的變化；通過分析7 d探測的平均計(jì)數(shù)，可以判斷出反應(yīng)堆2%-3%的熱功率變化。對探測結(jié)果的分析可以反映出反應(yīng)堆更換燃料棒的過程。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果在國際原子能機(jī)構(gòu)(International Atomic Energy Agency,IAEA)舉辦的研討會上報(bào)告后，引起了國際社會的廣泛關(guān)注[4]。多個具有反中微子探測經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室開始研發(fā)相關(guān)探測系統(tǒng)、開展相關(guān)研究工作[5-6]。我國在反中微子探測領(lǐng)域位于世界領(lǐng)先水平，也開展了利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆的理論研究[7-9]。

為深入開展利用反應(yīng)堆出射反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆的研究，我們在中國工程物理研究院戰(zhàn)略研究中心開發(fā)的彈頭認(rèn)證數(shù)值模擬平臺[10]的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值模擬軟件對反中微子生成、輸運(yùn)、探測過程的數(shù)值模擬軟件，實(shí)現(xiàn)了對探測反應(yīng)堆出射反中微子過程的數(shù)值模擬。利用這個軟件，我們模擬了反應(yīng)堆運(yùn)行期間反中微子探測結(jié)果與反應(yīng)堆內(nèi)核材料組成的關(guān)系。數(shù)值模擬結(jié)果表明，反中微子強(qiáng)度可以反映出反應(yīng)堆的運(yùn)行狀況，在反應(yīng)堆等功率運(yùn)行時反中微子強(qiáng)度的探測結(jié)果與堆內(nèi)钚材料的累計(jì)具有明確關(guān)系。

1　利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆運(yùn)行物理機(jī)制

反應(yīng)堆的運(yùn)行伴隨著裂變材料的裂變過程，反中微子的產(chǎn)生過程與反應(yīng)堆的裂變過程相關(guān)，因而通過探測反應(yīng)堆出射反中微子可以獲得反應(yīng)堆中核材料發(fā)生裂變的信息。

1.1應(yīng)堆反中微子的產(chǎn)生

反應(yīng)堆的運(yùn)行伴隨著裂變材料的裂變過程，反中微子的產(chǎn)生過程與反應(yīng)堆的裂變過程相關(guān)，因而通過探測反應(yīng)堆出射反中微子可以獲得反應(yīng)堆中核材料發(fā)生裂變的信息。

由于重原子核中子質(zhì)子比大于中等質(zhì)量原子核，在重核裂變后一些中子出射，誘發(fā)新的裂變；還有一些多余的中子則留在裂變碎片中，通過β衰變變成質(zhì)子，使裂變碎片更接近穩(wěn)定。而β衰變過程中會伴隨著反中微子的產(chǎn)生。如：

因此，反應(yīng)堆中的重原子裂變過程伴隨著反中微子的產(chǎn)生，平均每次裂變能夠產(chǎn)生大約6個反中微子[11]。產(chǎn)生反中微子的裂變反應(yīng)很多，比如：

在反應(yīng)堆中，不斷有類似的反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)生大量反中微子。對于鈾和钚材料，平均每次裂變能夠產(chǎn)生約200 MeV能量。也就是說，對于一個功率3000 MW的反應(yīng)堆，每秒鐘可以產(chǎn)生約1022個反中微子。

1.2反中微子探測

大多反中微子探測器都是基于反中微子與質(zhì)子相互作用產(chǎn)生正電子的反β衰變反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，即：

反β衰變反應(yīng)截面與反中微子能量有關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)[12]中的測量結(jié)果，能量較高的反中微子具有較大反應(yīng)截面，如圖1所示[12]。

圖1　反β反應(yīng)截面圖Fig.1　Inverse β decay cross section.

反β衰變反應(yīng)的反應(yīng)截面很小，為增加反中微子探測計(jì)數(shù)，在探測器中，一般用大量的水增加反β衰變計(jì)數(shù)。在探測器中，e+與e-發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生兩個能量511 keV的光子，通過探測末態(tài)能量為511keV的光子和中子信號及其時間關(guān)聯(lián)，可以判斷反β反應(yīng)的發(fā)生。世界上，主要的反中微子探測器都是基于這一原理實(shí)現(xiàn)的，比如Reines 和Cowan的實(shí)驗(yàn)組[13]，以及CHOOZ實(shí)驗(yàn)[14]，Palo Verde實(shí)驗(yàn)[15]和大亞灣實(shí)驗(yàn)[16]。能量小于反應(yīng)閾值的反中微子不能誘發(fā)β衰變反應(yīng)，無法用這種方法進(jìn)行探測，其能量閾值為1.806 MeV[12]。

另外，由于反中微子探測在理論和實(shí)驗(yàn)上都具有重要意義，很多學(xué)者不斷提出新的反中微子探測方法，試圖提高反中微子的探測效率，但這些方法還未能用于實(shí)踐。學(xué)術(shù)界，特別是防擴(kuò)散核查技術(shù)研究領(lǐng)域的學(xué)者，對研制具有更高探測效率的反中微子探測裝置充滿期待[9]。

1.3235U和239Pu出射反中微子的差異

反應(yīng)堆中主要的裂變核素235U和239Pu核素，具有不同的裂變產(chǎn)物分布，因而β衰變母核不同，導(dǎo)致出射反中微子具有不同的能量分布。文獻(xiàn)[17]中展示了幾種重要裂變核素的不同反中微子能譜。

圖2　238U、235U、239Pu和241Pu裂變產(chǎn)生的反中微子能譜Fig.2　Anti-neutrino energy spectra of238U,235U,239Pu and241Pu.

由于235U裂變出射的反中微子平均能量較高，而探測器對高能反中微子的探測效率較高，因而等功率下235U材料較多的燃料對應(yīng)反中微子的探測量較多。

2　反中微子數(shù)值模擬

通過對現(xiàn)有數(shù)值模擬軟件的改造，我們實(shí)現(xiàn)了對反中微子產(chǎn)生和探測過程的數(shù)值模擬。我們在數(shù)值模擬軟件中增加了核素裂變信息的輸出和處理。

2.1 對裂變產(chǎn)生反中微子過程的模擬

在原有程序中每次調(diào)用中子與物質(zhì)相互作用的子程序時，增加了“為反中微子計(jì)算讀取裂變核、裂變反應(yīng)編號、位置、中子權(quán)重信息”的子程序，以獲得核裂變反應(yīng)信息，再根據(jù)核裂變信息確定探測器響應(yīng)，如圖3所示。圖3中虛框內(nèi)為本程序增加的流程。

圖3　模擬反中微子產(chǎn)生的程序流程Fig.3　Program flow diagram of anti-neutrino production.

程序中利用蒙特卡羅方法確定出射反中微子能量。在程序運(yùn)行前，預(yù)先將圖2在1-10 MeV的反中微子能譜分成100群，對不同裂變核素分別建立多群反中微子能量參數(shù)庫Yg。在計(jì)算過程中，首先根據(jù)裂變核素選取相應(yīng)數(shù)據(jù)庫Yg，再抽取(0,1]間均勻分布的隨機(jī)變量ξ，式(4)確定反中微子所在能群，最終確定出射反中微子能量E。

式中：g為多群反中微子能量的群參數(shù)；Yg為反中微子能量概率分布函數(shù)。

2.2 對反中微子輸運(yùn)和探測過程的模擬

在計(jì)算反中微子通量時，根據(jù)距離計(jì)算出射角分布均勻的反中微子在被測區(qū)域位置的通量：

式中：φνd(E ,→)、sd分別表示→位置探測器反中微子通量和探測器截面積；nf→、ην(E)和V為反應(yīng)堆內(nèi)→處裂變速率、裂變反應(yīng)產(chǎn)生的某能量反中微子和反應(yīng)堆體積。

某時刻探測器響應(yīng)根據(jù)反中微子能量和探測器響應(yīng)函數(shù)得到。

式中：εne +、ΣEi、nEi(t)分別為探測器對中子和正電子關(guān)聯(lián)探測效率、能量處于Ei能群反中微子與質(zhì)子反應(yīng)截面和該時刻計(jì)入探測區(qū)域的反中微子數(shù)。

2.3 探測反應(yīng)堆出射反中微子的數(shù)值模擬

利用戰(zhàn)略研究中心開發(fā)的彈頭認(rèn)證技術(shù)數(shù)值模擬平臺，將反中微子計(jì)算程序與楊俊云等[18]開發(fā)的MCORGS軟件耦合，實(shí)現(xiàn)了在模擬反應(yīng)堆運(yùn)行過程中計(jì)算出射反中微子的功能?？捎糜谟?jì)算商用反應(yīng)堆、聚變裂變混合堆等核材料體系的燃耗。MCORGS軟件利用MCNP5程序計(jì)算中子通量和燃耗計(jì)算需要的轉(zhuǎn)換截面；利用ORIGENS求解燃耗方程[19]。

MCNP程序是由美國洛斯阿拉莫斯國立實(shí)驗(yàn)室編制的通用三維Monte Carlo輸運(yùn)計(jì)算軟件，可實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜幾何系統(tǒng)中的中子-光子耦合輸運(yùn)問題的數(shù)值模擬。ORIGEN程序是由美國橡樹嶺國立實(shí)驗(yàn)室編制的點(diǎn)堆燃耗計(jì)算程序，可模擬核反應(yīng)堆燃料燃燒過程。數(shù)值模擬主要在于確定核燃料成份隨時間的變化關(guān)系以及核反應(yīng)堆的反應(yīng)性隨燃耗深度的變化關(guān)系，其核素隨時間的變化可由如下的燃耗方程描述：

由標(biāo)準(zhǔn)程序MCNP和ORIGEN耦合而成的MCORGS軟件系統(tǒng)可以模擬各種類型復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)核系統(tǒng)的燃料燃耗過程，進(jìn)而分析燃料元件和乏燃料元件的核素成份。

3　對SONGS1實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬

本工作對軟件的修改是基于MCNP軟件，該軟件在模擬中子輸運(yùn)問題上較為權(quán)威[20]。對軟件的修改主要是提取了原程序中的一些過程量，并利用這些過程量通過確定的算法獲得反中微子結(jié)果。這些修改的物理意義明確，在確保程序正確的基礎(chǔ)上可以信任對軟件的修改。利用我們修改的數(shù)值模擬軟件，我們對美國SONGS1實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。該實(shí)驗(yàn)是美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯·利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)小組利用反中微子探測對美國圣·奧諾弗雷商用反應(yīng)堆進(jìn)行了10年的監(jiān)測，檢驗(yàn)了反中微子對反應(yīng)堆運(yùn)行狀況的監(jiān)測能力[5]。該實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了反應(yīng)堆燃耗、反應(yīng)堆產(chǎn)生钚材料豐度與反中微子計(jì)數(shù)關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)探測的商用反應(yīng)堆熱功率為3000 W，該反應(yīng)堆每秒鐘發(fā)生約1021次裂變；探測器位于距離堆芯25 m的地下，每天有1017個反中微子經(jīng)過探測器；實(shí)驗(yàn)使用體積640 L的液體閃爍體探測器，每天可以獲得400多次可探測信號。

我們模擬采用的反應(yīng)堆為運(yùn)行功率3000 MW的壓水堆。反應(yīng)堆建模利用反射邊界條件對單棒建模實(shí)現(xiàn)。探測區(qū)域距離探測器25 m，與反中微子發(fā)生反應(yīng)的材料為有效探測面積0.8 m2、厚度0.8 m的純水。該探測器對穿過探測區(qū)域反中微子的平均探測效率約為2.5×10-18。

由于SONGS1實(shí)驗(yàn)報(bào)告并沒有給出反應(yīng)堆燃料同位素構(gòu)成，我們利用數(shù)值模擬平臺，計(jì)算了不同燃耗深度下，運(yùn)行功率為3000 MW壓水堆燃耗與出射反中微子計(jì)數(shù)之間的聯(lián)系，如圖4所示。在反應(yīng)堆運(yùn)行初期，燃耗較少時，探測器平均每天探測到的反中微子數(shù)約為500；當(dāng)燃耗逐漸增加，每天探測到的反中微子數(shù)逐漸降至400以下。

圖4　核燃料燃耗深度與出射反中微子計(jì)數(shù)變化關(guān)系Fig.4　Relation between anti-neutrino counts and reactor burn-up.

文獻(xiàn)[5]認(rèn)為可以通過對反中微子的探測實(shí)現(xiàn)對核材料同位素豐度的監(jiān)測。我們也繪制了反應(yīng)堆不同燃耗下，出射反中微子計(jì)數(shù)與反應(yīng)堆內(nèi)鈾、钚材料同位素比之間的關(guān)系，如圖5所示。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在反應(yīng)堆等功率運(yùn)行的條件下，出射反中微子個數(shù)與反應(yīng)堆內(nèi)235U和239Pu同位素含量成線性關(guān)系。出射反中微子計(jì)數(shù)可以提供钚材料同位素含量相關(guān)信息。

圖5　反中微子計(jì)數(shù)與235U、239Pu同位素含量變化關(guān)系Fig.5　Relation between anti-neutrino counts and235U,239Pu isotope abundances.

在模擬的反應(yīng)堆運(yùn)行過程中，隨反應(yīng)堆燃耗增加，不斷有鈾材料吸收中子產(chǎn)生钚材料，235U的含量降低，而239Pu含量增加。在反應(yīng)堆按照相同功率運(yùn)行的情況下，單位時間的總裂變數(shù)幾乎不變，但其中由于239Pu的中子反應(yīng)截面大于235U，因此參與裂變的239Pu逐漸增多。正如圖2所示的235U 和239Pu裂變出射反中微子能譜，235U對應(yīng)平均出射反中微子能量較高。根據(jù)圖1所示的反中微子誘發(fā)反β反應(yīng)的反應(yīng)截面，探測器對高能中子的探測效率較高，因此當(dāng)反應(yīng)堆內(nèi)239Pu增加時，等功率下出射反中微子計(jì)數(shù)下降。

4　反中微子計(jì)數(shù)與反應(yīng)堆運(yùn)行狀況

為驗(yàn)證利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆的能力，我們進(jìn)一步研究了反應(yīng)堆運(yùn)行情況對反中微子計(jì)數(shù)的影響，如反應(yīng)堆停堆與降低功率運(yùn)行等。我們模擬了反應(yīng)堆在滿功率運(yùn)行、降功率運(yùn)行和停堆狀況下，出射反中微子的探測狀況。反應(yīng)堆的運(yùn)行情況如表1所示。在模擬過程中，為集中討論運(yùn)行功率對結(jié)果影響，沒有考慮反應(yīng)堆換料過程。

表1　模擬的反應(yīng)堆運(yùn)行情況Table 1　Operation model of the simulated reactor.

模擬得到的出射反中微子隨時間變化如圖6所示。在降功率運(yùn)行期間，出射反中微子數(shù)目也比滿功率運(yùn)行時相應(yīng)降低。在停堆時，出射反中微子接近于零。

圖6　反應(yīng)堆運(yùn)行情況下出射反中微子計(jì)數(shù)隨時間變化Fig.6　Relation between anti-neutrino counts and time under reactor operation and shutdown.

為討論停堆換料對出射反中微子計(jì)數(shù)的影響，我們分別模擬得到了兩種換料形式下，出射反中微子強(qiáng)度隨時間變化的結(jié)果，兩種換料方式見表2，它們分別描述正常規(guī)律換料和頻繁換料的情況。表2中換料周期為兩次換料之間的時間。換料比為在反應(yīng)達(dá)到既定運(yùn)行天數(shù)后用新燃料換掉的乏燃料占總?cè)剂系谋壤?/p>

表2　模擬的反應(yīng)堆換料模式Table 2　Simulated reactor refueling models.

正常換料下，反應(yīng)堆出射反中微子計(jì)數(shù)如圖7所示。在初裝料(0-540 d)后，隨239Pu存量的增加反中微子計(jì)數(shù)降低。經(jīng)過換料，239Pu存量下降后出射反中微子計(jì)數(shù)忽然增加（540 d和1080 d）。

圖7　反應(yīng)堆正常換料情況下反中微子出射計(jì)數(shù)隨時間變化Fig.7　Relation between anti-neutrino counts and time under normal refueling.

在頻繁換料情況下，由于反應(yīng)堆燃料燃耗不深，239Pu對整個堆功率的貢獻(xiàn)不多，因而出射反中微子計(jì)數(shù)并未發(fā)生顯著變化。

圖8　反應(yīng)堆頻繁換料情況下反中微子出射計(jì)數(shù)隨時間變化Fig.8　Relation between anti-neutrino counts and time under frequently refueling.

在反應(yīng)堆頻繁換料情況下，由于燃料的燃耗較淺，盡管卸除的燃料中239Pu含量較少，但其同位素含量較高，更適宜用作核武器材料。監(jiān)測反應(yīng)堆是否有違規(guī)的武器級钚材料生產(chǎn)是防擴(kuò)散監(jiān)測的一個重要目的，通過對出射反中微子的監(jiān)測，可以區(qū)分正常換料和頻繁換料。

此外，如果在換料時不按照正常模式更換燃料較深的燃料棒，而更換燃耗較淺的燃料，也可以獲得更接近于武器級的钚材料。通過對出射反中微子計(jì)數(shù)的監(jiān)測也可以發(fā)現(xiàn)這種行為。

5　結(jié)語

利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆的方法具有抗干擾性強(qiáng)、入侵性低等優(yōu)勢，是未來防擴(kuò)散、監(jiān)督裂變材料生產(chǎn)的可能手段。中國工程物理研究院戰(zhàn)略研究中心通過拓展已有彈頭認(rèn)證數(shù)值模擬平臺的功能，建立了數(shù)值模擬研究反應(yīng)堆出射反中微子的模擬軟件，實(shí)現(xiàn)了對利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆過程的數(shù)值模擬，并研究了該方法在監(jiān)測核材料生產(chǎn)、反應(yīng)堆運(yùn)行以及不違約活動等領(lǐng)域應(yīng)用的能力和有效性。利用對美國SONGS1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)果的模擬和比較，我們對研發(fā)的反應(yīng)堆出射反中微子探測軟件進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，數(shù)值模擬軟件對出射反中微子計(jì)數(shù)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。利用該軟件研究了反應(yīng)堆燃耗與出射反中微子計(jì)數(shù)間的關(guān)系，不同燃耗下鈾和钚材料同位素比與出射反中微子計(jì)數(shù)之間的關(guān)系，以及不同反應(yīng)堆運(yùn)行和換料條件下出射中子隨反應(yīng)堆運(yùn)行時間的變化規(guī)律。模擬結(jié)果表明，出射反中微子計(jì)數(shù)可以反映出反應(yīng)堆的運(yùn)行狀況；當(dāng)反應(yīng)堆運(yùn)行功率已知時，出射反中微子數(shù)目還可以反映出反應(yīng)堆內(nèi)钚材料的沉積情況。開展利用反中微子監(jiān)測反應(yīng)堆的研究，不僅能為建立利用反中微子探測核反應(yīng)堆的技術(shù)能力提供理論基礎(chǔ)，還能為反中微子探測技術(shù)提供可能的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2015-11-27，修回日期：2016-01-23

DOI:10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.030601

中圖分類號TL99，TL363，D815.2

第一作者：朱劍鈺，男，1981年出生，2009年畢業(yè)于北京大學(xué)，研究領(lǐng)域?yàn)檩椛漭斶\(yùn)數(shù)值模擬、軍控核查技術(shù)、輻射探測技術(shù)

First author:ZHU Jianyu,male,born in 1981,graduated from Beijing University in 2009,focusing on radiation transportation simulation,arms-control