ANET代碼在加速器驅動系統中的臨界搜尋應用
引言：ANET（Advanced Neutronics with Evolution and Thermal hydraulic feedback）是一種正在開發中的随機中子學代碼，能夠涵蓋涉及ADS系統的廣泛中子能譜，是以能夠模拟傳統和混合核反應堆并計算重要的反應堆參數。
在ANET中，對GEANT3.21進行了主要的修改和增加，以涵蓋20MeV以下的中子能譜，并包括中子學分析和裂變反應。代碼算法在跟蹤過程中檢查粒子能量，并根據能量的不同應用FLUKA或INCL/ABLA（對于20MeV以上的能量）或标準ANET程式（對于20MeV以下的能量）進行處理。目前在ANET中包括彈性碰撞、俘獲和裂變的中子學互相作用，使用JEFF庫的點态截面資料以及S(α, β)和機率表。
對于中子增殖因子（keff）的計算、中子通量和反應速率的估計，采用了标準的蒙特卡洛方法。在ANET的開發過程中，進行了多個測試，使用國際基準和來自各個設施的資料，以驗證其對臨界和亞臨界反應堆系統（包括ADS）的基本參數的可靠計算能力，如增殖因子、中子通量和中子反應速率。
ANET代碼正在不斷發展，旨在成為一個增強的蒙特卡洛代碼，還能夠對傳統和創新反應堆進行核心同位素演化計算，并可以與熱工水力求解器耦合。ANET代碼在動态反應堆核心分析方面的性能經過初步測試，顯示出非常有希望的結果，表明該代碼能夠在本質上對核心庫存演化進行合理預測。
京都大學臨界裝置（KUCA）是全球第一個運作的加速器驅動系統（ADS）設施。自2008年以來，該設施采用固定場交替梯度型加速器，并與具有水或固體調節劑和反射劑的亞臨界堆芯集合體相結合。通過将100MeV的質子束照射到鉛铋金屬靶上，産生散裂中子，并将其引導到亞臨界堆芯中。
亞臨界性研究是在A堆芯中進行的，特别是在配置1、2和3中進行的研究，其中分别完全插入了三根、四根和六根控制和安全棒。A堆芯包括三種類型的燃料元件，即正常燃料元件（F, 3/8" P36EU）、裝載Pb-Bi的燃料棒（f）和類似于F的燃料元件，但燃料單元數較少（16, 3/8" P16EU）。
F元件在兩個棒端都有聚乙烯塊，中間有36個燃料闆（單元）。
ANET使用JEFF3.1.2和MCNP6.1使用ENDFBV-II和JENDL-4.0庫進行了KUCA堆芯的三維幾何形狀和ADS的完整分析，包括質子束的模拟、靶上的散裂反應、散裂産生的中子以及最終的中子倍增因子的計算。具體而言，FLUKA子產品進行了100MeV質子束和Pb-Bi靶的模拟，以獲得散裂中子。
由ANET和KUCA實驗室進行的MCNP6.1模拟所獲得的三個堆芯的keff結果。相關的ANET與MCNP結果的差異分别為697 pcm和331 pcm（Case 1），687 pcm和308 pcm（Case 2），以及695 pcm和322 pcm（Case 3），用于MCNP/ENDFBV-II和MCNP/JENDL/HE-2007。
ANET/MCNP的差異仍然等于或低于典型基準測試中的差異 ，值得注意的是，當使用JENDL/HE-2007時，ANET和MCNP6.1的結果與MCNP6.1/ENDFBV-II獲得的結果相比更為一緻。MCNP6.1使用ENDFBV-II和JENDL/HE-2007進行的keff計算互相比較顯示，變化範圍在366 pcm到379 pcm之間。keff的模拟結果表明，中子庫對結果的影響應進一步研究。
結論：為了測試ANET在核堆芯中完全插入安全棒情況下計算keff的可靠性，選擇了全球唯一的運作中子激發系統KUCA設施（位于日本）。質子束和散裂反應的模拟由FLUKA完成，然後由ANET進行了完整的中子學分析，包括有效倍增因子的計算，僅使用内置的标準随機估計程式。在日本實驗室，利用成熟的代碼MCNP6.1和ENDFBV-II、JENDL/HE-2007中子庫進行了所有三個案例的獨立模拟。
将ANET的結果與KUCA實驗室的結果進行比較驗證了ANET成功地模拟了包含完全插入控制棒的中子激發系統的臨界性，因為在所有情況下，ANET與MCNP6.1的差異都在國際基準測試中接受的範圍内。此外，MCNP6.1在使用不同庫進行keff計算時的顯著變化揭示了中子庫對臨界性計算的影響。
未來計劃進行進一步的中子激發系統模拟敏感性測試，以評估可能的誤差源對keff估計的影響。主要研究因素将包括ANET中的各種高能實體（如FLUKA、INCL/ABLA）子產品和中子庫（如JEFF、ENDF、JENDL）。
