蒙特卡罗方法在CZT探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用.pdf

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1、第４６卷第１１期原子能科学技术Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１１２０１２年１１月ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏｖ．２０１２蒙特卡罗方法在ＣＺＴ探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用郑玉来，李建华，赵永刚，金惠民，朱留超，陈彦（中国原子能科学研究院，北京１０２４１３）摘要：利用碲锌镉（ＣＺＴ）探测器组成的γ谱探测系统是一种测量乏燃料组件燃耗的较有效的方法。本文利用蒙特卡罗方法，借助于Ｇｅａｎｔ４软件包计算在两种测量方式、多个准直高度条件下组件中１３７Ｃｓ和１３４Ｃｓ的全能峰探测效率，对测量结果的正确评价分析具有一定意义。另外，采

2、用偏倚抽样方法确定源粒子发射方向，极大提高了ＣＺＴ探测器全能峰探测效率。关键词：蒙特卡罗方法；燃耗；碲锌镉；Ｇｅａｎｔ４中图分类号：ＴＬ３８５文献标志码：Ａ文章编号：１０００－６９３１（２０１２）１１－１３６８－０４ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＢｕｒｎｕｐＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＳｐｅｎｔＦｕｅｌＡｓｓｅｍｂｌｙｂｙＵｓｉｎｇＣｄＺｎＴｅＤｅｔｅｃｔｏｒＳｙｓｔｅｍＺＨＥＮＧＹｕ－ｌａｉ，ＬＩＪｉａｎ－ｈｕａ，ＺＨＡＯＹｏｎｇ－ｇａｎｇ，ＪＩＮＨｕｉ－ｍｉｎ，ＺＨＵＬｉｕ－ｃｈａｏ，ＣＨＥＮＹａｎ（ＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ

3、ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２４１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅγｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴ）ｄｅｔｅｃｔｏｒｉｓｏｎｅｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｂｕｒｎｕｐｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｐｅｎｔｆｕｅｌａｓｓｅｍｂｌｙ．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎ－１３７１３４ｃｉｅｓｏｆｔｈｅｆｕｌｌｅｎｅｒｇｙｐｅａｋｆｏｒＣｓａｎｄＣｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＧｅａｎｔ４．Ｔｈｅｄｉｒｅｃ－ｔｉｏｎｂｉａｓｉｎｇｓａｍｐｌｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｏｕｒ

4、ｃｅｐａｒｔｉｃｌｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄｅｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｂｕｒｎｕｐｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ；ｂｕｒｎｕｐ；ＣｄＺｎＴｅ；Ｇｅａｎｔ４乏燃料燃耗的非破坏性测量方法主要有契较轻便的准直屏蔽器组成探测体固定于乏燃料伦柯夫辉光探测、总γ射线探测、无源中子探组件贮存水池的格架上，因此，它能适合安装在［１－３］测、高分辨γ能谱探测等分析方法。其中，γ任何乏燃料组件贮存水池内进行

5、就地测量。由能谱探测燃耗分析方法主要是利用测量核燃料于实验测量的γ能谱的能量分辨率较差，本底裂变产物衰变发出的γ射线强度来确定燃耗。大且不规则，解谱困难，所确定的峰面积的可靠本工作利用碲锌镉（ＣＺＴ）探测器组成γ谱探测性无把握，又无法验证，需借助蒙特卡罗方法对系统测量裂变产物（如１３７测量数据进行分析评价。本文利用蒙特卡罗方Ｃｓ）发出的γ射线。［４－５］由于ＣＺＴ探测器体积小、不需液氮冷却、可与法，借助Ｇｅａｎｔ４软件包计算不同测量位置、收稿日期：２０１１－０４－２９；修回日期：２０１１－０８－２９作者简介：郑玉来（１９７６—），男，吉林白城人，副

6、研究员，从事蒙特卡罗方法及其应用研究第１１期郑玉来等：蒙特卡罗方法在ＣＺＴ探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用１３６９不同准直高度下组件燃料棒中所含１３７Ｃｓ和１３４Ｃｓ核素的全能峰探测效率。１几何模型图１为ＣＺＴ探测体与组件相对位置示意图２ＣＺＴ燃耗测量系统结构示意图图，ＣＺＴ位置１和ＣＺＴ位置２为两种不同的测Ｆｉｇ．２ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＺＴｂｕｒｎｕｐｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ量几何条件。前者为双面燃耗测量位置，探测器准直器对准组件的两个侧面，可减小组件不均匀性造成的测量误差；后者为单面燃耗测量位置，这时探测器距组件更近，对组件端部低燃耗

7、部位的测量相对更有效。选取探测器与组件之间距离的目的是为了选取合适的峰形和计数率。由于测量装置和组件均安装在格架上，所图３准直孔结构以测量距离不是连续可调的，只能选择不同格Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎａｐｅｒｔｕｒｅ架孔来选取不同的测量距离。效应较大，且由于钨合金屏蔽的准直孔高度非常小，使得探测器对组件几何立体角系数极小。另外，探测器和组件之间充满水，也有一定的自吸收影响。基于以上原因，燃耗测量过程中，来自于组件中的放射性核素发出的γ射线经准直后到达探测器的效率非常低，是蒙特卡罗方法模拟计算中一个典型的小概率问题。因此，需

8、利用偏倚抽样方法确定粒子的发射方向。由于只有源发射方向经准直孔后端面的图１两种测量方式的相对位置源粒子才有可能在探测器上能