先进中子学栅格程序KYLIN-Ⅱ输运模块并行优化开发

先进中子学栅格程序KYLIN-Ⅱ的输运计算模块采用了特征线中子输运计算方法，其计算精度较高，可适用于反应堆中复杂的燃料组件，然而当网格规模、能群数、特征线数较大时，计算时间较长，计算效率较低，因此需对其进行并行优化，以提高计算效率。通过性能分析，发现特征线扫描和高阶散射源计算较为耗时。本文通过基于MPI的能群并行、E指数优化、角通量球谐函数展开等方法实现了并行优化。基准题验证表明，并行优化计算精度较高，E指数优化对特征线扫描效率提升较好，角通量球谐函数展开对高阶散射源计算效率提升较好。经过优化后的KYLIN-Ⅱ的输运计算模块加速效果显著，可满足工程使用需求。     

基于CAD邻居列表和包围盒的蒙特卡罗粒子输运几何跟踪加速方法研究

几何跟踪主要进行蒙特卡罗粒子输运计算中粒子位置和径迹长度的计算,它是蒙特卡罗粒子输运计算的关键技术之一。由于聚变堆几何结构极其复杂,使得几何跟踪在整个蒙特卡罗粒子输运计算中占据30%~80%的计算时间,因此几何跟踪方法的效率是决定聚变堆蒙特卡罗粒子输运计算效率的重要因素之一。本文提出了基于CAD的邻居列表和包围盒加速方法,并基于FDS团队自主研发的超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC进行实现。利用聚变堆FDS-Ⅱ和ITER模型对本文方法进行了数值验证,测试结果表明本文方法不影响计算结果,并能使程序计算效率提高50%~60%,证明了本文方法的正确性和有效性。     

先进中子学栅格程序KYLIN-Ⅱ输运模块并行优化开发

先进中子学栅格程序KYLIN-Ⅱ的输运计算模块采用了特征线中子输运计算方法,其计算精度较高,可适用于反应堆中复杂的燃料组件,然而当网格规模、能群数、特征线数较大时,计算时间较长,计算效率较低,因此需对其进行并行优化,以提高计算效率。通过性能分析,发现特征线扫描和高阶散射源计算较为耗时。本文通过基于MPI的能群并行、E指数优化、角通量球谐函数展开等方法实现了并行优化。基准题验证表明,并行优化计算精度较高,E指数优化对特征线扫描效率提升较好,角通量球谐函数展开对高阶散射源计算效率提升较好。经过优化后的KYLIN-Ⅱ的输运计算模块加速效果显著,可满足工程使用需求。     

密集粒子径迹的粘连分离

粒子径迹测量技术的核心问题为粘连径迹的分离。本文针对超密粒子径迹显微图像的粒子密度高、径迹粘连严重、颗粒度差异大、径迹内部灰度不均匀且存在杂质等特征,分析现有粘连分离算法存在的问题,提出了一种密集粒子径迹粘连分离方法。先对径迹显微图像进行增强,再进行扩展极大值分割,采用数学形态学及面积比例法分离图像内部粘连径迹,并对边缘处的径迹及无孔洞的单个径迹进行特殊处理。实验结果表明,算法能有效处理径迹显微图像,快速精确定位径迹轮廓,实现密集粒子径迹的粘连分离。     

基于正向蒙特卡罗计算的自动源偏倚方法在屏蔽计算中的应用

反应堆屏蔽计算是粒子输运数值计算的难点问题之一。由于仅有少量处于堆芯外围组件的高能中子能到达屏蔽层外，如果对源粒子采用无偏抽样，大量的计算时间用于模拟无用的源粒子，计算效率很低。偏倚抽样是提升蒙特卡罗模拟计算效率的重要途径，包含源偏倚、输运偏倚和碰撞偏倚等。MCNP程序的权窗发生器可为输运偏倚和碰撞偏倚提供参数，但不包含源偏倚。本文利用正向蒙特卡罗计算权窗发生器产生的重要性函数，生成源偏倚参数以及与之匹配的权窗系数，在屏蔽计算中取得了很好的效果。本文的方法与MCNP的权窗功能完全兼容，使用方便。     

光子-电子耦合输运问题中的方差减小技巧

光子-电子耦合输运问题在粒子输运问题中占有相当比重，在实验核物理和反应堆物理中大量存在。由于光子（或电子）入射到系统后，其输运过程是光子-电子的耦合输运过程，对于如此复杂的问题使用数值方法无法解决，蒙特卡罗方法是最行之有效的方法。对于两种粒子的耦合输运问题，使用蒙特卡罗方法模拟时，采用“字典编辑式多分支”方法处理。由于该模拟过程非常复杂，国内外相关软件（如MCNP，EGS4等）均使用直接模拟方法模拟，尚未使用减小方差技巧。     

用CR－39固体径迹探测器测定重带电粒子的Bragg峰位

采用ＣＲ－３９固体径迹探测器，根据辐射损伤密度沿粒子的径迹分布规律，测定了经３、４ｃｍ空气降能和φ１ｍｍ孔准直的α粒子（５．１５ＭｅＶ）的Ｂｒａｇｇ峰位。对于通过３ｃｍ空气后能量降至～１２ＭｅＶ的α粒子，在ＣＲ－３９中的Ｂｒａｇｇ峰位大约在７μｍ深度处，理论计算值在６．１４μｍ，实验值与理论值符合得较好。     

用CR—39固体径迹探测器测定重带电粒子的Bragg峰位

采用ＣＲ－３９固体径迹探测器，根据辐射损伤密度沿粒子的径迹分布规律，测定了经３、４ｃｍ空气降能和φ１ｍｍ孔准直的α粒子（５．１５ＭｅＶ）的Ｂｒａｇｇ峰位。对于通过３ｃｍ空气后能量降至～１．２ＭｅＶ的α粒子，在ＣＲ－３９中的Ｂｒａｇｇ峰位大约在７μｍ深度处，理论计算值在６．１４μｍ，实验值与理论值符合得较好。     

高气压监控漂移管幅度性能的实验研究

对高气压监控漂移管在不同气压下工作性能进行了研究。对测得的气体增益和高压关系与有关理论公式进行了比较;对输出脉冲信号与粒子径迹到阳极丝距离的依赖关系进行了研究,并用带电粒子在漂移管内所产生径迹的原初电离电子漂移过程中的聚集效应进行分析。     

基于正向蒙特卡罗计算的自动源偏倚方法在屏蔽计算中的应用

反应堆屏蔽计算是粒子输运数值计算的难点问题之一。由于仅有少量处于堆芯外围组件的高能中子能到达屏蔽层外,如果对源粒子采用无偏抽样,大量的计算时间用于模拟无用的源粒子,计算效率很低。偏倚抽样是提升蒙特卡罗模拟计算效率的重要途径,包含源偏倚、输运偏倚和碰撞偏倚等。MCNP程序的权窗发生器可为输运偏倚和碰撞偏倚提供参数,但不包含源偏倚。本文利用正向蒙特卡罗计算权窗发生器产生的重要性函数,生成源偏倚参数以及与之匹配的权窗系数,在屏蔽计算中取得了很好的效果。本文的方法与MCNP的权窗功能完全兼容,使用方便。     

Optimum in-core power sharing with multicycle coupling effect

Multicycle optimization was carried out by assuming power sharing of each fuel batch as an independent parameter; that is, the power sharing of each fuel batch was considered as an optimization variable. The steepest descent method was used to optimize the power sharing for multiple cycles. Two different optimizations were carried out, i.e., multicycle and successive single-cycle optimizations. In the former, the power sharing of each fuel batch in each cycle was simultaneously optimized for multiple cycles. In the latter, optimization of the power sharing in a cycle was carried out, and then optimization in the next cycle was carried out. Maximization of discharge burnup and minimization of the number of fresh fuel assemblies were considered as the objective functions. The calculation results qualitatively and quantitatively clarify the implicit adverse effect of the single-cycle optimization, which is usually used in current core designs. Under the calculation conditions of the present study, the difference in the number of fresh fuel assemblies between multicycle and successive single-cycle optimizations is 2–3 fuel assemblies per cycle. Comparison of the power sharing obtained by both methods would provide insights to correct the adverse effect of the single-cycle optimization.     

采用多边形壁面的MPS粒子分裂算法研究

反应堆严重事故模拟中涉及大量含有自由界面或组分界面的多相流动,不具有拓扑结构的粒子法在这类流动的模拟中有其独特的优势。本文在移动粒子半隐式（MPS）法的基础上开发了适用于多边形壁面的粒子分裂模型。针对多粒径模拟及多边形壁面的特殊性,对粒子有效半径、数密度、梯度算子模型、拉普拉斯算子模型和表面粒子识别模型等进行改进,并对分裂过程进行简要阐述。将改进后的MPS法运用于无挡板及有挡板的溃坝实验模拟计算。计算结果表明,采用多边形壁面的粒子分裂模型对复杂自由液面捕捉清晰,且计算时间仅为传统MPS法的18.75%,但监测点的压力波动较大。改进后的模型在保证准确性和精度的同时提高了计算效率,为进一步计算三维相变传热奠定基础。     

Coherent systems with multistate components

The basic rules of the Boolean algebra with restrictions on variables are briefly recalled. This special type of Boolean algebra allows one to handle fault trees of systems made of multistate (two or more than two states) components.Coherent systems are defined in the case of multistate components. This definition is consistent with that originally suggested by Barlow in the case of binary (two states) components. The basic properties of coherence are described and discussed. Coherent Boolean functions are also defined. It is shown that these functions are irredundant, that is they have only one base which is at the same time complete and irredundant. However, irredundant functions are not necessarily coherent.Finally a simplified algorithm for the calculation of the base of a coherent function is described. In the case that the function is not coherent, the algorithm can be used to reduce the size of the normal disjunctive form of the function. This in turn eases the application of the Nelson algorithm to calculate the complete base of the function. The simplified algorithm has been built in the computer program MUSTAFA-1. In a sample case the use of this algorithm caused a reduction of the CPU time by a factor of about 20.     

基于二叉决策图的故障树求解法

探讨了二叉决策图(BDD)求解故障树失效概率和最小割集(MCS)的方法,包括如何将故障树转化为BDD、用BDD求解最小割集、利用零压缩二叉决策图(ZBDD)表示最小割集以减少存储空间、基于BDD求解故障树顶事件失效概率.用程序实现了BDD算法,以某电厂PSA模型部分分枝为对象,通过手工计算和RiskSpectrum P...     

基于计数辅助树的蒙特卡罗粒子输运计算大规模计数方法

传统的蒙特卡罗粒子输运计算程序在粒子每一步模拟结束后,通过遍历所有计数器来判断当前粒子所在栅元是否需要进行计数,该过程耗时随计数器数量的增加近似线性增长,当计数器数量较大时,计数耗时远高于输运耗时。本文发展了一种基于计数辅助树的大规模计数加速方法,建立了与几何栅元一一对应的树形结构,并在节点中存储了相应栅元的计数信息,通过当前粒子所在栅元的几何信息从树中快速读出对应的计数器。为了验证该方法的有效性,基于Hoogenboom全堆基准例题测量了不同计数器数量下的计算耗时。测试结果显示本文方法能有效地提高大规模计数问题的计算效率。     

基于非支配排序遗传算法的辐射屏蔽多目标优化方法研究

为提高反应堆辐射屏蔽结构设计效率与设计性能，减少传统辐射屏蔽设计方法的主观经验影响。本文基于非支配排序遗传算法对反应堆屏蔽结构开展多目标优化方法研究，并开发了反应堆辐射屏蔽多目标优化计算分析程序；利用典型反应堆辐射屏蔽结构模型对此优化方法和计算程序开展了初步验证。结果表明，非支配遗传算法可正确有效地用于辐射屏蔽结构的设计，优化效果显著。      

基于离散动态事件树的风险指引的安全裕度分析方法研究

风险指引的安全裕度是近十年来核工业界提出的新的安全理念。本文阐述了基于离散动态事件树的风险指引的安全裕度分析方法,给出该方法下核燃料包壳失效概率均值和标准差的数学表达式。针对简化压水堆模型下的全厂断电事故,提出了基于离散动态事件树的风险指引的安全裕度计算流程,计算了两种离散动态事件树分支规则下燃料包壳失效的风险指引的安全裕度及其不确定性。计算结果表明,不同的分支规则、模型参数分布、系统程序最大时间步长对核燃料包壳失效概率均值和标准差均有显著影响。提出了一种改进的可变概率阈值的分支方法,以更好地平衡风险指引的安全裕度分析过程中计算精度与计算资源的匹配问题。     

重叠核径迹图像的分割与参数统计算法研究

本工作研究重叠核径迹图像分割和参数统计算法。提出了综合运用Otsu全局阈值法和距离变换，并对距离图像进行了二值化处理，有效地将重叠核径迹分割开。在此基础上完成了核径迹的面积、周长、圆形度和质心等参数的统计。计算机模拟结果表明，整个算法简练，运行效率高，且不需人工干预。     

束流光学设计计算的最优化方法和计算机程序BOOP

描述了最优化技术在带电粒子束流传输系统设计计算中的应用。按照束流传输的矩阵理论和最优化方法，研制了用于束流光学系统优化设计的计算的程序，介绍了程序的特点和使用效果。