基于堆外中子能谱测量的堆芯中子场反演方法

目前商用反应堆堆内采用的自给能探测器(Self-Powered Detector,SPD)可以实现堆芯中子通量分布的在线测量,但难以测量中子能谱。同时由于一些先进反应堆堆内服役环境更加恶劣,现有的堆内测量系统难以满足先进反应堆堆芯中子场在线测量的需求。本文提出了一种基于堆外中子能谱测量的堆芯中子场反演方法,通过正向中子输运计算构建堆芯相邻截断面之间的能谱响应矩阵,实现反应堆堆芯中子场的反演计算。通过采用两个简化的反应堆模型进行验证,其中对压力容器处反演的中子能谱与蒙特卡罗输运计算结果平均相对偏差约为14%,在外层燃料组件区域反演的中子能谱与蒙特卡罗输运计算结果平均相对偏差约为11%,初步验证了本方法的可行性。     

超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC

蒙特卡罗方法对于复杂核系统的模拟具有明显优势,然而在实际工程应用中存在巨大的挑战,如复杂结构与材料分布精准建模难度大、计算收敛速度慢、海量数据难以及时有效分析等。超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC设计为支持以辐射输运为核心,包含燃耗、辐射源项/剂量/生物危害、材料活化与嬗变等的综合中子学计算,支持热工水力学、结构力学、化学、生物学等多物理耦合模拟。SuperMC目前已发展了精准建模、高效计算、四维可视化等关键技术,通过2 000余个国际基准模型及实验的验证与确认,在反应堆工程等方面获得广泛应用,本文对其发展概况进行介绍。     

反应堆中子学分析精准建模方法

复杂反应堆存在精细几何结构,传统手工方式建模难以保证计算模型的精度。本文发展了基于辅助面的复杂结构智能分解技术和样条面处理方法,能够将复杂精细模型自动精准地转换为蒙特卡罗计算模型。本文对基于SuperMC建立的精细的国际热核聚变实验堆(ITER)C-Lite模型和手工建立的Benchmark模型典型部件的体积进行对比,结果显示该方法使得ITER的建模精度提升了近10倍。     

基于SuperMC的ITER下窗口生物屏蔽插件屏蔽分析

在国际热核聚变实验堆(ITER)中,窗口生物屏蔽插件需为电子设备和工作人员提供必要的辐射屏蔽防护。基于中子学分析的生物屏蔽插件设计是ITER设计的重要内容。本文基于超级蒙卡核模拟软件SuperMC,在ITER大厅三维中子学模型中整合了ITER设计整合部门(DIN)最新设计的下窗口生物屏蔽插件模型,对四种下窗口生物屏蔽插件进行了屏蔽分析。分析结果显示,低温恒温器低温泵生物屏蔽插件中子屏蔽性能最好,室内监视系统生物屏蔽插件屏蔽性能最差;室内检视系统生物屏蔽插件停堆剂量率最小,环形低温泵生物屏蔽插件停堆剂量率最大。在SA2辐照方案下,停堆12天后,环形低温泵生物屏蔽插件处停堆剂量率超过规定限值20倍。分析结果表明,ITER下窗口生物屏蔽插件设计有待优化。     

基于SaaS模式的中子学计算云平台设计与实现

高保真中子学计算需要大量计算资源和高性能计算平台,而高性能计算平台操作比较繁琐,不利于设计人员使用。云平台具有超大规模、弹性服务、按需服务、易用、泛在接入等特点,对中子学计算具有较好的应用价值。本文结合云计算技术,设计研发了基于SaaS(Software as a Service)模式的中子学计算云平台,将中子学计算功能及相关数据库设置在云端运行,向终端用户提供SaaS模式计算服务。用户通过浏览器可随时随地使用计算资源,有效地提高核设计计算的工作效率。     

SuperMC在ITER中子学建模中的应用

安全高效的新型核能系统(聚变堆和先进裂变堆等)的几何结构、材料种类与中子源特性与传统核反应堆有很大不同,其时空分布复杂,传统基于规则体组合近似的蒙特卡罗粒子输运手工建模方式存在难度大、精度低、工作量大、且易出错的问题。针对该问题,SuperMC发展了基于体面混合与四级栅元层次树的中子输运非规则建模方法。本文介绍了SuperMC在系列ITER中子学标准模型创建中的应用,对比结果表明SuperMC将ITER中子学建模效率提升了千倍以上。     

基于面壳封闭的B-Rep至CSG转换算法

为了增强转换所得CSG模型的可读性,利用面壳封闭技术改进B-Rep至CSG转换算法.B-Rep至CSG转换包括生成基本体元和构建CSG树.基于面壳封闭的B-Rep模型分解算法能生成基本体元,文中在此基础上提出构建CSG树的算法.首先使用体关系图(VRG)表示基本体元之间的关系;然后基于改进的Stoer-Wagner最小割算法实现从VRG至CSG树的转换.文中证明了通过硬约束"可闭合约束"和"可组合约束"可保证转换所得CSG树的正确性,通过软约束"最简分割约束"和"最优平衡约束"能进一步优化CSG树.文中算法已集成到自主研发的多物理耦合分析建模软件MCAM中.测试结果表明,该算法能显著地改进MCAM的B-Rep至CSG转换结果的可读性,对MCAM的时间性能也有所改进.     

氚扩散虚拟仿真系统原型研发及其应用

为了研究氚泄漏时的动态扩散机制与事故风险,本文基于三维图形引擎研发了氚扩散虚拟仿真系统.采用预先危险性分析方法进行了氚系统安全分析,通过粒子系统方法模拟了事故中氚扩散的动态过程,基于虚拟漫游与仿真技术实现了人机交互仿真功能.以国际热核聚变实验堆（ITER）的氚提取系统仿真为案例,模拟了氢同位素分离柱与管道发生泄漏时氚的动态扩散过程和浓度变化情况,仿真结果为氚泄漏的安全防护提供了依据.