复杂几何燃料组件的共振自屏计算

共振参数计算是反应堆堆芯设计计算中的重要内容,传统的共振计算模型只适应于简单几何计算。本工作应用A.Hebert提出的子群共振自屏计算模型研制了复杂几何燃料组件的共振自屏计算程序。该程序能处理含有两种共振核素的复杂几何下的共振自屏。对一系列问题的数值校验计算表明,该模型在低富集度时具有较好的计算精度。     

两种圆柱几何格林函数节块法的比较

用格要函数节块法求解圆柱几何中子扩散方程时，可用平板几何格林函数代替复杂的圆柱几何格林函数。本文将基于平板格林函数的圆柱几何格林函数节块法（RNGFM）与基于贝塞尔函数的和何格林函数节块法（CNGFM）进行对比分析。分析结果表明：RNGFM的优点是公式简单，而CNGFM的迭代过程所需的计算时间则较少。     

基于改进缺陷因子方法的FCM燃料有效多群截面计算方法研究

全陶瓷微胶囊封装（FCM）燃料是重要的候选事故容错燃料,与传统燃料相比,FCM燃料的双重非均匀性使得其有效多群截面计算面临较大的挑战。本文提出一种改进的缺陷因子方法来处理FCM燃料在共振能区和非共振能区的自屏效应,实现FCM燃料的等效均匀化。通过颗粒丹可夫因子守恒来构建新的等效模型以克服传统的体积权重等效模型无法考虑燃料棒间自屏的影响;在共振能量段,基于新的等效一维球模型求解超细群慢化方程获得共振能量段的超细群缺陷因子;在非共振能量段,利用新等效模型的特征值计算获得快群和热群的多群缺陷因子;在此基础上实现FCM燃料棒的等效均匀化。本方法已在高保真中子学程序NECP-X上实现,并在一系列工况下进行了测试,与蒙特卡罗程序的比较表明,本方法能处理不同情况下的双重非均匀性,并可获得准确的有效自屏截面。     

NECP-X程序中基于全局-局部耦合策略的非棒状几何燃料共振计算方法研究

基于NECP-X程序中已经研发的全局-局部耦合共振计算方法,研究了针对非棒状几何燃料的共振计算方法。首先,采用中子流方法计算真实问题的丹可夫修正因子,以处理全局的空间效应;其次,基于丹可夫修正因子等效获得小规模问题周围慢化剂的几何信息;最后,对于小规模问题燃料区的有效自屏截面的计算采用共振伪核素子群方法。将该方法应用于非棒状几何燃料数值计算,结果表明,该方法在处理非棒状几何燃料栅元的共振计算时,与蒙特卡罗结果程序相比,微观吸收截面偏差不超过1.8%,无限介质增殖因数偏差不超过110 pcm（1 pcm=10-5）,具有较高的计算精度;在大规模问题的计算中,基于板状燃料的JRR-3M实验堆全堆在整个燃耗过程有效增殖因数偏差均在300 pcm左右,组件功率偏差在整个燃耗过程不超过0.62%。因此,本研究提出的共振计算方法具有较高的正确率和精度。      

SARAX-FXS程序针对非均匀快堆堆芯计算中的改进及应用

SARAX-FXS程序是基于确定论方法,适用于快谱堆芯组件能谱、均匀化参数计算的程序。由于快堆中组件空间自屏的非均匀效应不可忽视,本文将基于一维圆柱、平板几何的碰撞概率方法加入SARAX-FXS模块,并以等效一维模型计算组件的均匀化参数。为保证能群归并前后的核反应率守恒,在组件计算中引入超级均匀化(SPH)因子修正截面。采用快堆基准题MET-1000对程序的计算结果进行验证,结果表明,与参考解相比,SARAX-FXS的一维计算模块具有较高的精度,特征值计算相对偏差在100~200pcm之间。堆芯计算结果显示,引入SPH因子可提高特征值计算的精度约300pcm,功率分布的均方根误差可从约3%下降至约1%。     

三维圆柱几何格林函数节块法

发展了中子扩散计算三维圆柱几何格林函数节块法。通过横向积分将中子扩散方程化为３个互相耦合的一维偏通量方程。对于径向偏通量方程，将径向扩散微分算符分解为平板几何的扩散微分算符和１个附加项之和，将附加项移到方程右端作为１个附加源项，这样，３个方程都化为平板几何一维方程的形式。再借助平板几何第二类边界条件格林函数，建立偏通量积分方程。方程推导中，对圆柱形曲面几何的线积分和横向积分均需对相应的广义线元作积分，对于修正源项，通过分部积分方法将偏通量导数项转化为对格林函数的求导，通过源迭代法求解方程。基准计算表明，该计算精度高、速度快、成为三维圆柱几何堆芯计算的有效方法。     

全陶瓷微密封燃料有效多群截面计算方法研究

全陶瓷微密封（FCM）燃料是一种弥散颗粒燃料。由于弥散颗粒燃料存在双重非均匀性，传统的确定论方法及蒙特卡罗方法皆难以处理这种双重非均匀效应以获得有效多群截面。本文基于超细群方法建立FCM燃料的有效多群截面计算方法。为描述燃料棒内TRISO颗粒的非均匀性，在共振能量段，通过采用超细群方法求解包含TRISO颗粒的一维球模型得到超细群缺陷因子，通过超细群缺陷因子修正所有核素的超细群截面即可将颗粒和基质均匀化。由于TRISO颗粒在热能区也存在较强的自屏效应，在热能区，利用穿透概率及碰撞概率等价得到多群缺陷因子，通过多群缺陷因子修正所有核素的多群截面将燃料和基质均匀化。均匀化后的FCM燃料组件即可视为普通压水堆燃料组件进行共振计算。利用丹可夫修正因子等价得到FCM燃料组件各燃料棒的等效一维棒模型，对一维棒模型求解超细群慢化方程从而得到共振能量段的有效自屏截面。数值结果表明，该方法能有效处理FCM燃料的双重非均匀性，得到精确的有效自屏截面。     

直线加速器中几何因子随电荷束团密度分布的变化

直线加速器中的几何因子ｇ是电荷束团的尺寸和管道半径的函数。并依赖于电荷束团的电荷密度分布。采用有限圆柱空间电荷模型,针对ＫａｐｃｈｉｎｓｋｉｊＶｌａｄｉｍｉｒｓｋｉｊ（Ｋ－Ｖ）分布、水袋（ＷＢ）、抛物线（ＰＡ）分布和高斯（ＧＡ）分布,分别求得其表达式;通过数值计算,给出了相应的图表曲线     

基于NECP-X的全局-局部耦合共振自屏计算方法研究

为应对高保真共振自屏计算所遇到的挑战,提出了全局-局部耦合共振自屏计算方法。将所有共振自屏效应及相关效应分为全局的效应和局部的效应2类,其中全局的效应较弱或者与能量无关,而局部的效应较为强烈。因此将共振自屏计算分为全局计算、耦合计算和局部计算3个步骤:全局计算建立粗糙模型,采用中子流方法计算丹可夫修正因子,处理全局的效应;耦合计算根据丹可夫修正因子守恒将待求解问题中的燃料棒等效成一维模型;局部计算采用较为精确的共振伪核素子群方法,处理局部的效应。基于NECP-X实现了该方法,数值结果表明,该方法在效率方面比传统方法提高至少一个量级,无限介质增殖因数的计算精度也提高了100~300 pcm。     

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。     

确定论数值反应堆程序NECP-X的开发及应用

数值反应堆是基于大规模并行计算平台,利用先进的物理模型和数值模拟算法,采用精细化建模,从而精确模拟反应堆在正常运行与事故工况中发生的各类物理现象的模拟技术。西安交通大学NECP团队基于自研的多群和连续能量数据库,提出了全局 局部耦合输运计算方法、大规模并行的2D/1D耦合输运方法等,开发了基于确定论方法的数值反应堆物理程序NECP X,并在此基础上实现了物理 热工 燃料性能分析的多物理耦合模拟计算。基于该程序及其耦合系统,在商用大型压水堆、研究堆和实验堆中进行了验证应用。数值结果表明,NECP X程序及其耦合系统可准确预测反应堆在运行过程中的关键安全参数随时间的演变情况,如有效增殖因数、功率、温度、应力、间隙宽度等,可为商用大型压水堆、研究堆和研究堆的设计及安全分析提供可靠的工具。     

CAP1400数值反应堆系统关键技术研究及示范应用

本文系统介绍了“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”国家科技重大专项课题“CAP1400数值反应堆关键技术研究”的主要研究成果。课题首先分别开发了基于确定论方法和蒙特卡罗方法的高保真堆芯物理计算程序,然后开发了pin by pin先进子通道分析程序和基于精细网格的燃料棒性能分析程序,以此为基础建立了物理 热工 燃料性能多物理耦合的CAP1400数值反应堆系统。利用国际基准题VERA、AP1000启动物理实验参数对数值反应堆系统进行了验证和确认,并进一步实现了CAP1400大型先进压水堆的启动物理参数、循环模拟分析和部分功率能力分析的示范应用。数值结果表明,所开发的数值反应堆关键分析软件具有很高的计算精度,可直接服务于CAP1400的设计验证、物理启动和运行支持。     

NECP软件包中NECL子群数据与任意几何共振模块研制

本文基于子群方法对NECP软件包开发了多群数据库模块和子群共振计算模块。采用本实验室开发的二维任意几何输运程序矩阵MOC作为子群共振模块的求解器。使用MCNP与子群程序计算一系列的共振基准题,并比较了两者所计算的无限增殖因数k_inf和²³⁵U与²³⁸U的微观截面。结果表明,子群程序对任意几何有良好的适应性和精度,可适用于二维任意几何的共振计算。     

适用于任意几何的特征线边界条件处理方法

边界条件处理是特征线方法（MOC）向任意三维几何拓展时遇到的难点之一。本文提出一种边界条件处理方法，既保留循环特征线中首尾相连的特性，又能像插值方法一样适用于任意几何。首先推导了平源近似下的特征线方程，提出了一种将源项和边界角通量分离处理的内迭代解法。然后证明了该解法具有唯一解，并类似于循环特征线方法给出解的构造方法。最后借助数值积分和权重插值给出迭代计算流程。采用Takeda算例、单铀球水腔模型和C5G7算例进行验证计算，k_eff的最大计算误差分别为21、319和138.8 pcm，表明方法可靠。该方法可应用于任意几何，且不需存储边界通量和进行边界迭代。     

Boundary Condition Processing Method for MOC Calculation in Arbitrary Geometry

Boundary condition processing is one of the difficulties encountered in the application of method of characteristics (MOC) to arbitrary three-dimensional geometry. In this paper, a boundary condition processing method was proposed, which not only preserved the track continuity as cyclic track method, but also could be applied to arbitrary geometry as the interpolation method. The MOC equation was derived under the flat source approximation and an internal iterative method was proposed in which the source term and the boundary angular flux were processed separately. It was proved that the equation had a unique solution which could be constructed similarly to the cyclic track method. The iterative calculation flow was given by numerical integration and weight interpolation. Takeda benchmark, single uranium sphere model with water cavity and C5G7 benchmark were calculated to test the accuracy. The maximum error of k_eff is 21, 319 and 138.8 pcm respectively, which shows that the method is reliable. This method can be applied to arbitrary geometry without storing boundary fluxes and performing boundary iteration.     

双重非均匀子群参数制作研究

弥散颗粒燃料元件中燃料颗粒以随机形式弥散在基体中,难以获得确定几何。同时由于共振自屏现象的存在,呈现出一种双重非均匀系统。当前均匀系统产生的共振积分在双重非均匀系统中使用时,会在较低的共振能群产生一定的共振计算误差。为满足现有组件计算程序直接进行双重非均匀性共振计算的需求。基于Sanchez-Pomraning模型下的特征线固定源计算方法,建立一套双重非均匀共振积分表,最后结合子群方法实现随机介质燃料元件的共振计算。数值结果表明,考虑双重非均匀性产生的积分表,在相同的输运条件下和积分表的适用范围内,由子群共振部分对keff计算带来的绝对偏差能保持在200 pcm内。该工作的意义是对于一些不宜改动的传统组件程序,如HELIOS,通过在线修改共振积分表和子群参数,从而使其直接进行弥散颗粒燃料问题的计算成为可能。     

弥散颗粒型燃料特征线方法输运计算研究

弥散颗粒型燃料的中子输运问题因其特有的随机性和双重非均匀性难以直接使用现有输运方法进行求解。Sanchez-Pomraning方法借助更新方程,对特征线方法进行改进,使其能应用于弥散颗粒型燃料的输运计算中。本文对二维圆柱形弥散颗粒燃料输运问题进行了计算,数值结果表明：程序在不同颗粒填充率、不同颗粒尺寸、燃料颗粒与毒物颗粒共存的问题下均能保证较好的计算精度,反应性特征值绝对偏差大多低于100 pcm,仅在QUADRISO毒物颗粒填充时绝对偏差达到163 pcm。本文方法能满足弥散颗粒型燃料的输运求解要求,为新型燃料的设计研究工作提供了可靠的结果。     

针对球床的三维特征线方法几何建模研究

特征线方法通过在计算区域密置特征线来计算角通量，对于计算区域的材料分布和几何结构没有要求，因此特征线方法的几何处理能力受制于几何描述模块对于各种几何区域的描述能力。基于体素构造（CSG）方法，开发了三维特征线程序MOCP的几何描述模块。该几何描述模块可描述随机分布的球床。针对球形燃料的网格划分方式进行了研究，临界球的计算结果表明，当径向网格超过30层时，k_eff的相对误差小于0.1%。通过对几何描述方式的改进大幅提高了三维特征线追踪的效率，并且实现了在各种形状边界上的特征线布置。