ANET代码在加速器驱动系统中的临界搜索应用
引言：ANET（Advanced Neutronics with Evolution and Thermal hydraulic feedback）是一种正在开发中的随机中子学代码，能够涵盖涉及ADS系统的广泛中子能谱，因此能够模拟传统和混合核反应堆并计算重要的反应堆参数。
在ANET中，对GEANT3.21进行了主要的修改和增加，以涵盖20MeV以下的中子能谱，并包括中子学分析和裂变反应。代码算法在跟踪过程中检查粒子能量，并根据能量的不同应用FLUKA或INCL/ABLA（对于20MeV以上的能量）或标准ANET程序（对于20MeV以下的能量）进行处理。目前在ANET中包括弹性碰撞、俘获和裂变的中子学相互作用，使用JEFF库的点态截面数据以及S(α, β)和概率表。
对于中子增殖因子（keff）的计算、中子通量和反应速率的估计，采用了标准的蒙特卡洛方法。在ANET的开发过程中，进行了多个测试，使用国际基准和来自各个设施的数据，以验证其对临界和亚临界反应堆系统（包括ADS）的基本参数的可靠计算能力，如增殖因子、中子通量和中子反应速率。
ANET代码正在不断发展，旨在成为一个增强的蒙特卡洛代码，还能够对传统和创新反应堆进行核心同位素演化计算，并可以与热工水力求解器耦合。ANET代码在动态反应堆核心分析方面的性能经过初步测试，显示出非常有希望的结果，表明该代码能够在本质上对核心库存演化进行合理预测。
京都大学临界装置（KUCA）是全球第一个运行的加速器驱动系统（ADS）设施。自2008年以来，该设施采用固定场交替梯度型加速器，并与具有水或固体调节剂和反射剂的亚临界堆芯集合体相结合。通过将100MeV的质子束照射到铅铋金属靶上，产生散裂中子，并将其引导到亚临界堆芯中。
亚临界性研究是在A堆芯中进行的，特别是在配置1、2和3中进行的研究，其中分别完全插入了三根、四根和六根控制和安全棒。A堆芯包括三种类型的燃料组件，即常规燃料组件（F, 3/8" P36EU）、装载Pb-Bi的燃料棒（f）和类似于F的燃料组件，但燃料单元数较少（16, 3/8" P16EU）。
F组件在两个棒端都有聚乙烯块，中间有36个燃料板（单元）。
ANET使用JEFF3.1.2和MCNP6.1使用ENDFBV-II和JENDL-4.0库进行了KUCA堆芯的三维几何形状和ADS的完整分析，包括质子束的模拟、靶上的散裂反应、散裂产生的中子以及最终的中子倍增因子的计算。具体而言，FLUKA模块进行了100MeV质子束和Pb-Bi靶的模拟，以获得散裂中子。
由ANET和KUCA实验室进行的MCNP6.1模拟所获得的三个堆芯的keff结果。相关的ANET与MCNP结果的差异分别为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的差异仍然等于或低于典型基准测试中的差异 ，值得注意的是，当使用JENDL/HE-2007时，ANET和MCNP6.1的结果与MCNP6.1/ENDFBV-II获得的结果相比更为一致。MCNP6.1使用ENDFBV-II和JENDL/HE-2007进行的keff计算相互比较显示，变化范围在366 pcm到379 pcm之间。keff的模拟结果表明，中子库对结果的影响应进一步研究。
结论：为了测试ANET在核堆芯中完全插入安全棒情况下计算keff的可靠性，选择了全球唯一的运行中子激发系统KUCA设施（位于日本）。质子束和散裂反应的模拟由FLUKA完成，然后由ANET进行了完整的中子学分析，包括有效倍增因子的计算，仅使用内置的标准随机估计程序。在日本实验室，利用成熟的代码MCNP6.1和ENDFBV-II、JENDL/HE-2007中子库进行了所有三个案例的独立模拟。
将ANET的结果与KUCA实验室的结果进行比较验证了ANET成功地模拟了包含完全插入控制棒的中子激发系统的临界性，因为在所有情况下，ANET与MCNP6.1的差异都在国际基准测试中接受的范围内。此外，MCNP6.1在使用不同库进行keff计算时的显著变化揭示了中子库对临界性计算的影响。
未来计划进行进一步的中子激发系统模拟敏感性测试，以评估可能的误差源对keff估计的影响。主要研究因素将包括ANET中的各种高能物理（如FLUKA、INCL/ABLA）模块和中子库（如JEFF、ENDF、JENDL）。
