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《中国科学技术大学》 2017年
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蒙特卡罗中子输运宽能区在线核截面生成方法研究

陈锐  
【摘要】:反应堆堆芯温度变化时,堆内各种材料的中子截面均随温度发生变化,从而引起反应性变化。为了准确模拟反应堆内不同温度下中子与各种材料间的相互作用,需要生成不同温度下的反应截面。传统在线核截面生成方法虽然避免了直接存储大量核截面数据,但是仍然存在严重的效率低下以及能区适应性窄的问题。本文在充分调研国内外蒙特卡罗(简称蒙卡)中子输运中的在线核截面生成方法现状基础上,基于中国科学院核能安全技术研究所·FDS团队自主研发的超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,根据可分辨共振能区、热能区与不可分辨共振能区截面的特点,开展了蒙卡中子输运宽能区在线核截面生成方法研究。本文的主要研究内容与创新点包括:(1)提出了基于双指数变换-高斯积分耦合的可分辨共振能区在线核截面生成方法。针对宽能区中可分辨共振能区截面生成耗时严重问题,提出在低能区使用基于双指数变换的在线核截面生成方法,在高能区使用基于高斯-厄米特积分的在线核截面生成方法,在保证核截面精度的同时,极大地提高了截面生成效率。测试结果显示,该方法在保证核截面生成精度的基础上,与解析方法相比截面生成效率提高达12倍;国际临界安全基准例题Jezebel及Godiva等的验证结果证实了该方法的有效性。(2)提出了基于Neville插值的热能区在线核截面生成方法。根据温度相关的热散射截面特性,提出使用Nevlle插值算法在线生成目标温度对应的热散射截面。采用国际核数据委员会发布的S(α,β)基准例题等进行测试,结果表明,在保证精度同时,使用基于Neville插值的热散射截面在线生成方法比传统方法的效率提高一个数量级以上。(3)发展了基于分段线性插值的不可分辨共振能区在线核截面生成方法。该方法结合了不同温度下概率表参数的特征,使用相邻温度间隔的核截面经分段线性插值方法在线生成目标温度的核截面。国际快堆堆芯模型bigtenl及bigten2等测试结果表明,该方法与基准值的偏差小于20pcm,证明了方法的准确性。为了验证本文提出的宽能区在线核截面生成方法的准确性和有效性,采用国际临界安全基准例题、反应性多普勒系数基准例题与IAEA BN-600基准例题等进行了综合验证。通过与传统核截面生成方法与基准值进行对比,结果表明本文发展的蒙特卡罗中子输运在线核截面生成方法能够准确高效地生成各种温度下的中子截面,可用于反应堆多物理耦合计算。
【关键词】:温度效应 中子截面 SuperMC 宽能区 在线 多普勒展宽
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TL329
【目录】:
  • 摘要5-7
  • ABSTRACT7-15
  • 第一章 引言15-29
  • 1.1 研究背景15-23
  • 1.1.1 世界核能发展现状15-17
  • 1.1.2 蒙特卡罗粒子输运理论17-18
  • 1.1.3 温度效应对中子输运过程的影响18-23
  • 1.2 研究现状23-25
  • 1.3 研究目标与意义25-26
  • 1.3.1 研究目标25-26
  • 1.3.2 研究意义26
  • 1.4 论文主要内容与结构26-29
  • 第二章 多温度核截面生成原理29-53
  • 2.1 中子截面与核截面数据库29-36
  • 2.1.1 中子截面29-32
  • 2.1.2 核数据库32-36
  • 2.2 可分辨共振能区多温度截面生成方法36-43
  • 2.2.1 多普勒展宽原理36-39
  • 2.2.2 PSI-CHI方法39-40
  • 2.2.3 Kernel Broadening方法40-43
  • 2.3 多温度热化截面生成方法43-48
  • 2.3.1 自由气体模型方法43-45
  • 2.3.2 热散射律方法45-48
  • 2.4 不可分辨共振能区概率表生成方法48-51
  • 2.4.1 共振序列抽样方法49-50
  • 2.4.2 蒙特卡罗抽样方法50-51
  • 2.5 本章小结51-53
  • 第三章 可分辨共振能区在线核截面生成方法53-75
  • 3.1 基于双指数变换-高斯积分的多温度核截面生成方法53-65
  • 3.1.1 基于高斯积分的多温度核截面生成方法53-57
  • 3.1.2 基于双指数变换的多温度核截面生成方法57-61
  • 3.1.3 基于双指数变换-高斯积分的核截面生成方法61-65
  • 3.2 在线核截面生成方法实现65-69
  • 3.2.1 On-line在线多温度核截面生成方法实现65-68
  • 3.2.2 On-the-fly在线多温度核截面生成方法实现68-69
  • 3.3 数值验证69-74
  • 3.3.1 Jezebel基准例题测试69-72
  • 3.3.2 Godiva基准例题测试72-74
  • 3.4 本章小结74-75
  • 第四章 热能区在线散射截面生成方法75-87
  • 4.1 基于Neville插值的热能区在线散射截面生成方法75-77
  • 4.1.1 Neville插值方法75-76
  • 4.1.2 散射截面在线插值方法76-77
  • 4.1.3 其他热散射数据插值方法77
  • 4.2 性能测试77-85
  • 4.2.1 精度对比77-83
  • 4.2.2 效率对比83-84
  • 4.2.3 基准例题测试84-85
  • 4.3 本章小结85-87
  • 第五章 不可分辨共振能区在线核截面生成方法87-97
  • 5.1 基于分段线性插值的核截面在线生成方法87-92
  • 5.2 性能测试92-95
  • 5.2.1 一维快堆堆芯模型Bigten1测试92-93
  • 5.2.2 二维快堆堆芯模型Bigten2测试93-95
  • 5.3 本章小结95-97
  • 第六章 综合测试与验证97-109
  • 6.1 临界安全基准例题97-100
  • 6.1.1 例题描述97-99
  • 6.1.2 性能测试99-100
  • 6.2 反应性多普勒系数基准例题100-103
  • 6.2.1 例题描述100-102
  • 6.2.2 性能测试102-103
  • 6.3 IAEA BN-600基准例题103-107
  • 6.3.1 例题描述103-105
  • 6.3.2 性能测试105-107
  • 6.4 本章小结107-109
  • 第七章 总结与展望109-113
  • 7.1 总结109-110
  • 7.2 贡献(创新)之处110
  • 7.3 未来展望110-113
  • 参考文献113-119
  • 致谢119-121
  • 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果121

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