棒状氢化锆慢化钍基熔盐堆燃料组件稳态核热耦合程序开发

基于蒙特卡罗粒子输运程序MCNP与自主开发的子通道热工水力学程序SubTH，开发了棒状氢化锆慢化钍基熔盐堆燃料组件稳态核热耦合程序MCNP-SubTH，解决核热耦合程序因网格类型不同难以耦合的问题，程序具有普适性。MCNP-SubTH通过外耦合的方式进行MCNP和SubTH之间的数据交换，将MCNP计算得到的功率场加载到SubTH的求解文件中，然后将SubTH计算得到的密度和温度场更新到MCNP的输入卡中，实现程序迭代计算。分模块验证了MCNP-SubTH的准确性，并用MCNP-SubTH对棒状氢化锆慢化钍基熔盐堆燃料组件进行了稳态核热耦合计算，验证了核热耦合方法的有效性。     

DRAGON挂载WIMS-D核数据库的基准题计算验证

通过一系列基于实验的基准题对DRAGON3．05B程序挂载WIMS-D核数据库的计算结果进行验证，综合检验了其对不同燃料、不同元件结构的临界计算以及燃耗中的核密度和k∝的计算正确性。并通过DRAGON3．05B与WIMSD-5B分别挂载WIMS-D和ENDF／B-VI．8核数据库的计算结果进行比较。结果表明：DRAGON3．05B挂载WIMS-D库的计算结果是可靠的，其正确性可以满足对钍基先进CANDU堆的设计要求。     

任意几何燃料组件共振自屏计算的Multiband方法

基于多邦方法(Multiband Method)理论模型,推导了多邦参数的计算公式.采用两邦与三邦相结合的方法,基于WIMSD4-69群数据库,编制了可用于任意几何燃料组件共振自屏计算的RESCAL程序.通过数值验证表明,RESCAL程序与MCNP程序的计算结果吻合很好,计算误差满足工程实际要求.由于WIMSD4-69群数据库本身的限制及拟合多邦参数方法的问题,使得RESCAL程序的计算精度受水铀比影响较大.     

核数据处理程序NECP-Atlas的开发与验证

本文开发了自主化的核数据处理程序NECP-Atlas，该程序将不同的核数据处理功能封装为不同的程序模块，可将评价核数据经过共振重构及线性化、多普勒展宽计算、不可分辨共振区处理、热中子散射计算、多群截面计算等过程，处理为WIMS-D/E格式多群数据库。采用WLUP（WIMSD library update project）基准题、国际临界安全基准题ICSBEP（international criticality safety benchmark evaluation project）等对NECP-Atlas加工产生的核数据进行验证，结果显示NECP-Atlas和NJOY-2016程序精度相当。     

棒状氢化锆慢化钍基熔盐堆中子学性能优化

氢化锆(ZrH)由于具有耐高温、抗辐照和慢化能力强等优点，是反应堆常用的慢化剂。本工作研究具有钍铀转换能自持运行和较低次锕系核素（MA）产量的ZrH慢化熔盐堆的堆芯物理设计方案。采用MOC程序分析了不同燃料盐对于启堆和增殖性能的影响，为提高钍铀转换性能，对堆芯结构和慢化棒设计进行了优化与分析。结果表明：当熔盐体积比处于0.5~0.9时，ZrH慢化剂可将临界所需要的²³³U浓度降低至2%附近；采用含增殖层设计与FLi燃料盐装载的ZrH慢化熔盐堆，50 a平均钍铀转换比（CR）可达到1.028；移动式ZrH慢化棒堆芯设计可实现38 a的自持运行，且堆芯寿期末的MA产量比慢化棒不移动条件下采用FLi燃料盐和FLiBe燃料盐的MA产量分别减少约43%和8%，低于相同能量输出下石墨慢化熔盐堆的MA产量。     

混合堆增殖钍基燃料组件中子学分析

采用压水堆17×17燃料组件模型,用燃料组件参数计算程序DRAGON分别对混合堆增殖钍燃料组件和全铀组件的中子学特性进行了研究,分析组件的燃料温度系数、慢化剂温度系数及其与燃耗的关系。计算结果表明,混合堆增殖钍燃料组件和全铀组件的中子特性相似,但钍燃料组件中的乏燃料组件中的次锕系核素(MA)的含量明显减少。     

熔盐堆栅格参数优化

针对新型的采用无铍熔盐燃料的氧化铍慢化钍基熔盐堆,利用上海核工程研究设计院自主开发的SONG/TANG-MSR程序系统,通过大量的方案分析,在熔盐堆栅格尺寸、P/D(栅距与燃料孔道直径的比值)、233 U含量等关键栅格参数上对钍基熔盐堆进行优化。计算结果表明,采用较低的233 U浓度的小栅距栅格设计,新型的熔盐堆设计具有很高的增殖比,并保持负功率系数。与传统熔盐堆相比,新型钍基熔盐堆具有更高的核燃料增殖能力。经过栅格优化的新型钍基熔盐堆可满足下一代核能系统可持续性和安全性要求。     

COSINE软件包组件参数计算程序LATC共振模块研制与验证

共振计算在反应堆物理计算中具有非常重要的意义。本文基于压水堆组件的特点,开发了用于LATC组件计算程序的共振模块。该共振模块采用成熟的等价理论模型,首次碰撞概率采用二项有理近似,可读取WIMSD格式和WIMSD改进型格式的多群截面数据库,同时可直接提供用于LATC输运计算的宏观截面数据。针对程序运行过程中涉及的大量截面数据计算与传递,对数据存储结构进行了优化,使计算速度有较大提高。基于LATC组件程序对该模块进行了初步验证分析,并与组件程序DRAGON进行了比较,初步数值结果表明共振模块有良好的计算精度,能满足当前轻水堆组件设计的要求。     

使用离散钍铀燃料组件的CANDU6堆物理特性初步研究

为研究钍铀燃料在CANDU6堆中的应用，采用DRAGON/DONJON程序，对使用离散型钍铀燃料37棒束组件的CANDU6堆进行时均堆芯分析。结果表明，组件采用235U富集度为2.5%的铀棒以及第1、2、3圈布置钍棒的37棒束组件，堆芯在8棒束换料、3个燃耗分区的方案下，组件的冷却剂空泡反应性较使用天然铀的37棒束组件（NU-37组件）与采用混合钍铀元件棒的37棒束组件更负；堆芯最大时均通道/棒束功率满足小于6700?kW/860?kW的限值；燃料转化能力比采用NU-37组件时更高；卸料燃耗可到达13400?MW·d/t(U)。研究表明，所设计的离散型钍铀燃料37棒束组件可用于现有CANDU6堆芯，且无需对堆芯结构及控制机构作重大改造；燃料组件和堆芯设计方案可为钍铀燃料在CANDU6堆芯的应用提供参考。      

子群法与特征线法结合的中子共振计算

传统的中子共振自屏计算方法采用了有理近似,局限于处理简单的共振模型,在处理复杂燃料栅元/组件时会引入较大误差。为提高复杂情况下共振计算的精度,将子群法共振模型与特征线方法结合,推导了子群法-特征线法方程。基于WIMSD格式的69群数据库,编制了可用于任意二维几何中子共振计算的SGMOC程序。通过数值验证表明,该程序计算结果与MCNP程序计算结果吻合良好,具有较高的计算精度与几何通用性。     

复杂几何燃料组件的参数计算

利用加拿大蒙特利尔大学研制的DRAGON程序对反应堆复杂几何组件进行参数计算，并通过压水堆柱状元件基准问题、MTR型反应堆板状元件基准问题和其他不同几何形状的燃料组件进行校核计算。结果表明：DRAGON程序可用于多种复杂几何燃料组件参数的计算，且具有良好的计算精度。      

先进中子学栅格计算程序KYLIN-Ⅱ共振计算基准验证

针对先进栅格计算程序KYLIN-Ⅱ的共振计算模块，开展了多个基准题数值验证，包括单栅元、IAEA板型燃料组件、钍基组件、多层套管型燃料组件、带可燃毒物的燃料栅格、带中心大水腔的超临界水堆燃料栅格、AFA3G含钆燃料组件基准题。验证结果表明，本文的共振计算模块适用于棒栅元方型组件、板型燃料组件、六角形组件等几何结构较复杂的问题，同时可以正确计算含有铀、钍、毒物等复杂材料的共振问题，满足未来工程使用的需求。      

Effect of updated WIMSD libraries on neutron energy spectrum at irradiation site of Pakistan Research Reactor-1 using 3D modeling

International Atomic Energy Agency (IAEA) has recently released new WIMSD libraries based on current cross-section evaluations. Using these libraries the effect of different evaluated data sets on effective multiplication factor and neutron energy spectrum was studied with the help of 3D reactor simulation code CITATION. Simulation methodology adopted in this work was validated by analyzing IAEA 10 MW benchmark reactor.The k_eff values obtained using all newly released libraries are within 0.45% to the experimental value, while the old library released in 1981 resulted in calculated value 1.05% larger than experimental. The flux spectrum obtained for standard fuel element using 3D modeling is smaller in fast energy range and higher in thermal energy range than is calculated using the 1D model for the standard cell. In the flux trap, differences of about −4% to 13% were found in thermal flux using the newly released libraries as compared to that obtained using 1981 WIMSD library. The major differences in the flux spectra between newly available libraries and the 1981 WIMSD library in thermal energy range are due to the differences in cross-sections of hydrogen bound-in-water. The use of only newly available cross-sections of hydrogen bound-in-water with 1981 WIMSD library resulted in significant improvement in value of k_eff as well as in the flux spectrum. Moreover the differences among new libraries in the thermal energy range are also due to these cross-sections. Difference in fission spectra from different libraries is responsible for differences of flux spectra in the fast energy range. These differences in flux are reduced significantly in the fast energy range by only replacement of fission spectra.     

考虑有效共振积分不确定度的抽样方法研究

在核反应堆物理计算中,核数据库中的截面是影响计算结果的重要因素,研究其不确定度对结果的影响具有重要意义。本文基于3个核评价数据库,利用NJOY程序制作了70种主要锕系核素和部分裂变产物的69群协方差数据库。开发了不确定性分析程序SUACL,该程序利用上述协方差数据库和国际原子能机构制作的69群WIMSD数据库,基于随机抽样的方法产生微扰后的多个核数据库样本;然后利用DRAGON程序对NEA/OECD基准中的PWR栅元进行了计算,计算结果表明,~(235)U和~(238)U两种核素裂变-裂变、辐射俘获-辐射俘获和弹性散射-弹性散射参数对对栅元k∞的相对不确定度与其他程序的吻合良好,验证了程序和理论方法的正确性。同时利用随机抽样方法对5个制作参数的不确定度进行了研究,发现包壳厚度的不确定性对无限增殖因数有较大影响,主要原因是其本身的相对不确定度较大。     

CANDU堆燃料管理计算软件的应用研究

我国秦山三期核电厂采用的是加拿大CANDU-6反应堆机组。这是我国首次引进重水压力管式反应堆堆型，为了满足这一新堆型燃料管理计算的需要，开发了CANDU堆燃料管理的计算软件DRAGON/DONJON。并采用这套程序对秦山三期CANDU-6反应堆进行了一些初步的燃料管理计算。许算结果表明DRAGON／DONJON可满足秦山三期核电厂燃料管理计算需要。     

基于灵敏度对比分析SCALE 6.1自带库与CENDL-TMSR-V1数据库

为满足钍基熔盐堆物理设计和钍铀燃料循环物理分析对核数据的需求，中国核数据中心研制了一套钍铀燃料循环专用数据库CENDL-TMSR-V1。本文利用SCALE程序，针对熔盐堆开展了SCALE 6.1自带数据库和CENDL-TMSR-V1库对比分析。结果显示，针对1 GWt钍增殖熔盐堆，利用两个数据库的238群数据计算的不同燃耗下k_eff最大差异约1 200 pcm。结合核数据对keff的灵敏度分析显示，其差异主要由石墨的核数据不同引起的。宏观检验结果显示，CENDL-TMSR-V1库中石墨数据更合理。同时，基于CENDL-TMSR-V1 44群协方差数据，计算得到核数据对初始时刻k_eff总不确定度为1.03%，约为SCALE 6.1自带44群协方差数据库计算结果的2倍，其差异主要由²³³U、²³²Th等核素的协方差数据不同导致。     

VVER-1000 neutronics calculation with ENDF/B-VII data

The initial release of the ENDF/B-VII nuclear data library is verified for VVER-1000 reactors. For neutronics calculation, the MCNP code based on the Monte-Carlo method is applied. Continuous-energy cross-sections for use with MCNP are calculated with the NJOY code. Isotopics for burned fuel is calculated with the WIMSD code. Calculated criticality, pin-to-pin power distribution, time-dependent critical concentration of soluble boron, worth of the control rods, average fuel assembly powers and time-dependent axial power distribution are compared to the corresponding experimental values for both zero-power VVER-1000 model, created at the LR-0 experimental facility, and the first fuel cycle of a real VVER-1000 reactor. For all of these parameters, neutronics calculation with ENDF/B-VII is in good agreement with the measurement. Moreover, for VVER-1000 neutronics calculation, ENDF/B-VII provides better results than ENDF/B-VI.