A study of accelerator driven sub critical system - material using the CASCADE code

Abstract

In the existing situation of experimental data required for design and modeling of ADS and similar other applications, development and benchmarking of the simulation codes for providing reliable data has become essential. Amongst the intra nuclear cascade codes, CASCADE code which has been validated for the neutron production in proton collision with the high Z materials in the past, has been used to study nuclear behavior of some of the prominent ADS materials like, Th, U, Pb, Bi, W, Fe, Cr and Al in respect of reaction and production cross sections of isotopes and neutrons in a wide range of energy, 11 MeV to several GeV. Emphasis has been laid on the data of cross sections of (n, xn) reactions. It is found that their role is definite and effective in deciding fuel combinations. The code provides neutron cross section data which shows agreement with the existing experimental data and stresses need of further validation using precision data from the accelerators.

За існуючого стану справ з експериментальними даними, які необхідні для проектування та моделювання АDS (accelerator driven systems) і для інших аналогічних застосувань, важливими стають розробка та еталонне тестування програм моделювання для забезпечення отримання надійних даних. Із програм, що існують для внутрішньоядерних каскадів, програма CASCADE, достовірність якої перевірялась для народження нейтронів при зіткненні протонів з матеріалами, що мали в минулому високий атомний номер Z, використовувалась для вивчення ядерної поведінки деяких відомих матеріалів ADS (Th, U, Pb, Bi, W, Fe, Cr, Al) у відношенні перетинів реакцій та перетинів народження ізотопів і нейтронів у широкому інтервалі енергій від 11 МеВ до кількох гігаелектронвольт. Особлива увага приділялась даним щодо перeтинів реакцій (n, xn). Встановлено, що вони грають визначну роль при виборі сполучень палива. Програма забезпечує дані щодо нейтронних перетинів, які узгоджуються з існуючими експериментальними даними, при цьому підкреслюється необхідність подальшої перевірки з використанням точних даних від прискорювача.

При существующем положении дел с экспериментальными данными, требующимися для проектировки и моделирования ADS (accelerator driven systems) и для других аналогичных применений, становятся важными разработка и эталонное тестирование программ моделирования для обеспечения получения надежных данных. Из программ, существующих для внутриядерных каскадов, программа CASCADE, достоверность которой проверялась для рождения нейтронов при столкновениях протонов с материалами, имевшими в прошлом высокий атомный номер Z, использовалась для изучения ядерного поведения некоторых известных материалов ADS (Th, U, Pb, Bi, W, Fe, Cr и Al) в отношении сечений реакций и сечений рождения изотопов и нейтронов в широком интервале энергий от 11 МэВ до нескольких гигаэлектронвольт. Особое внимание уделялось данным о сечениях реакций (n, xn). Найдено, что они играют определяющую роль при выборе сочетаний топлива. Программа дает данные о нейтронных сечениях, которые находятся в согласии с существующими экспериментальными данными, при этом подчеркивается необходимость дальнейшей проверки с использованием точных данных от ускорителей.