针对裂变产额和半衰期的燃耗计算灵敏度和不确定度分析方法

基于广义微扰理论推导了裂变产额和半衰期的燃耗灵敏度系数理论模型,该模型考虑了原子核密度和中子通量的相互影响,并开发了燃耗计算中有效增殖因数和原子核密度等响应参数对核数据的灵敏度和不确定度分析程序。基于评价核数据中裂变产物独立产额的标准差数据,产生了针对压缩燃耗数据库的裂变产额协方差矩阵,以提高不确定度的计算精度。基于ENDF/B-Ⅶ.1数据库量化了UAM基准题TMI-1栅元无限增殖因数及重要裂变产物和重核的原子核密度由裂变产额和半衰期引入的不确定度。数值结果表明,对于栅元无限增殖因数,裂变产额和半衰期引入的不确定度很小;对于部分裂变产物的原子核密度,裂变产额和半衰期会引入较大的不确定度。     

基于抽样方法的特征值不确定度分析

核数据是反应堆物理计算的基础数据,研究其不确定度对反应堆物理计算引入的不确定度,对提高反应堆的安全性和经济性具有重要意义。本文基于抽样理论研究了反应堆物理计算不确定度分析的方法,研发了不确定度分析程序UNICORN。基于ENDF/B-Ⅶ.1评价数据库,使用NJOY程序开发了多群协方差数据库。采用UNICORN程序和多群协方差数据库对三哩岛燃料棒和基准题RB31的k∞进行了不确定度分析,得到核数据库中各分反应道截面的不确定度对k∞造成的不确定度。结果表明:238 U(n,γ)截面对三哩岛燃料棒k∞造成的不确定度最大,相对不确定度达0.4%左右;协方差数据库的不同来源会对不确定度分析结果造成一定影响。     

基准模型keff对核数据的灵敏度分析及不确定度量化

为研究有效增殖因数（k_eff）对核反应数据的灵敏度,以科学量化核数据导致k_eff计算的不确定度,编制了输运计算积分量灵敏度及不确定度分析程序SURE。该程序采用多群S_N输运计算方法计算k_eff、角通量和伴随角通量,基于微扰理论确定k_eff对核数据的灵敏度,利用协方差数据量化评估k_eff计算的不确定度。利用ENDF/B-Ⅶ.1评价中子核数据库,制作了输运计算所需的多群核数据、灵敏度分析所需的各反应道多群截面和中子群转移矩阵、不确定度分析所需的多群协方差数据。采用上述数据,利用SURE分析了基准模型Godiva和Jezebel的k_eff计算值对核数据的灵敏度,以及核数据导致的模拟计算的不确定度。SURE的灵敏度计算结果与MCNP程序及FORSS程序计算结果符合较好。     

基于一阶广义微扰理论的燃耗灵敏度系数计算

采用一阶广义微扰理论,开发燃耗计算中核素的核子密度对反应截面的灵敏度分析程序。分析各核素的反应截面对244Cm在50 GW·d/t时核子密度的灵敏度系数,235U和239Pu的裂变截面和238U、240Pu、241Pu、242Pu以及243Am的俘获截面具有较大的灵敏度系数;243Am俘获截面的灵敏度系数在热中子区和共振区明显大于快中子区,因此243Am俘获截面精度的改善应该优先考虑热中子区和共振区。     

基于抽样方法的燃耗计算核素积存量不确定度分析

基于抽样基本原理研究了应用于燃耗计算的不确定度分析方法,并开发了燃耗计算不确定度分析程序。基于评价核数据库ENDF/B-Ⅷ.0的裂变产额标准差和衰变常量标准差计算得到了衰变常量协方差矩阵和带相关性的裂变产额协方差矩阵,并结合SCALE6.2程序包的56群反应截面协方差数据库,对Takahama-3压水堆组件基准题中SF95-4样品进行不确定度分析。计算了反应截面、衰变常量和裂变产额不确定度引起的核素积存量的不确定度。计算结果表明,反应截面的不确定度是锕系核素积存量不确定度的主要来源,裂变产额和衰变常量的不确定度对部分裂变产物的积存量会引入较大的不确定度。但考虑裂变产额相关性后,裂变产额引起的不确定度显著降低。     

钍增殖熔盐堆不同燃耗核数据不确定度分析

本文利用开发的耦合模块,将SCALE程序中的TRITON和TSUNAMI-3D模块相结合,针对1GWth钍增殖熔盐堆开展不同燃耗时期核数据引起的k_(eff)不确定度分析。结果表明:随着燃耗的增加,核数据引起的keff不确定度由0.49%增大到0.55%。初始时刻对k_(eff)不确定度影响最大的反应截面是232 Th(n,γ)(约0.35%),其次是233 U(n,f)和7 Li(n,γ)。随着燃耗的增加,~(135)Xe(n,γ)、~(143)Nd(n,γ)对k_(eff)不确定度的影响逐渐显著。各反应灵敏度系数分析表明,~(232)Th(n,γ)、~(233)U(n,f)和~7Li(n,γ)截面数据对k_(eff)不确定度影响较大,需重点改进。上述关键反应在0.02~0.5eV敏感性较强,需重点关注。     

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。     

核电站严重事故后果估算的不确定度分析

本研究在对当前环境学及事故评价领域用于模式参数的不确定度分析和灵敏度分析所常用的方法进行概述的基础上，根据MACCS程序的特点，建立了用于分析模式预测后果不确定度的方法，即：首先采用拉丁超立方抽样方法对不确定性参数数值按其各自的概率分布进行抽样，将抽样获得的参数组合输入MACCS程序进行计算，这样得到估算结果的一个分布，从而进行事故后果的不确定度分析。最后采用通径分析方法对重要的参数进行灵敏度分析。     

不确定度分析方法探讨

详细讨论了燃料元件不确定度分析的数学方法,对FUA程序的数值求解过程作了一些补充,扩充的IFUA程序的数值求解过程可分为3个阶段,在每一阶段都增加了新的数学处理方法供用户选择。新引入的数学处理方法为:(1)超拉丁方抽样;(2)逐步回归;(3)用Pearson概率分布族求解概率密度函数。完成的例题表明,IFUA程序使用方便、灵活。     

水中氚放射性活度分析的不确定度评定

首先给出核分析不确定度评定的步骤为:不确定度来源分析,分析不确定度涉及哪些参数;给出参数的数值;相关参数的不确定度;标准合成不确定度;报告结果及其不确定度。然后以电解浓缩-液体闪烁法分析水中氚活度为例,分别计算电解浓缩倍数、测量水样的重量、净计数率、标准氚水活度、标准氚水净计数率的标准不确定度,进行合成,得出水中氚活度的不确定度。     

Burnup Calculation Sensitivity and Uncertainty Analysis Method of Fission Yield and Decay Half-life

The calculation model of sensitivity coefficient for decay half-life and fission product yield in burnup calculation was derived based on generalized perturbation theory, which considered the interaction between nuclear concentration and neutron flux. A code was developed to calculate sensitivity and uncertainty of effective neutron multiplication factors and nuclide concentration caused by nuclear data. Covariance matrix of fission yield for a simplified burnup library was generated based on standard deviation data of independent fission yield in evaluated nuclear data library to improve the accuracy of uncertainty quantification. Uncertainties induced by decay half-life and fission yield on infinite neutron multiplication factors and nuclide concentration for TMI-1 pin-cell in the UAM burnup benchmark were quantified based on ENDF/B-Ⅶ.1. The numerical results show that the uncertainty of infinite neutron multiplication factors induced by decay half-lives and fission yields is low, while the uncertainty of concentration of some fission product nuclide is high.     

Adjoint Sensitivity and Uncertainty Analyses in Monte Carlo Forward Calculations

The adjoint-weighted perturbation (AWP) method, in which the required adjoint flux is estimated in the course of Monte Carlo (MC) forward calculations, has recently been proposed as an alternative to the conventional MC perturbation techniques, such as the correlated sampling and differential operator sampling (DOS) methods. The equivalence of the first-order AWP method and first-order DOS method with the fission source perturbation taken into account is proven. An algorithm for the AWP calculations is implemented in the Seoul National University MC code McCARD and applied to the sensitivity and uncertainty analyses of the Godiva and Bigten criticalities.     

基于不确定性与敏感性分析的FA300燃料棒燃耗限值研究

燃耗限值对于燃料棒的安全使用和设计改进均有重要意义,而FA300燃料棒的燃耗限值尚未有系统研究。不确定性与敏感性分析方法是燃耗限值研究的基础,工程上常用的极值分析法、蒙特卡罗法等均难以全面反映燃料棒性能分析中的不确定性与敏感性。本工作采用基于人工神经网络的响应面方法,对相应数学模型进行显式重构,在响应面上进行抽样统计获得不确定性信息;而对于特定形式的人工神经网络,通过简单的代数运算获得敏感性信息。基于这一方法的研究表明,FA300燃料棒的极限准则为包壳腐蚀及包壳应变。结合秦山一期加深燃耗组件随堆考验的检测结果,以及国际上相关使用经验,从燃料性能分析的角度给出FA300燃料棒的燃耗限值为55 000 MW•d/tU。     

小破口失水事故最佳估算的不确定性和敏感性分析

本文采用RELAP5最佳估算程序对我国建造的先进热工水力试验（ACME）台架进行了小破口失水事故模拟,并开展了不确定性定量化评估,包括输入不确定性参数的选取、Wilks非参数统计方法的应用以及基于SNAP平台的不确定性传播计算,最后对计算结果进行了不确定性和敏感性分析。计算得到关键参数的95/95不确定性包络带,其中最小堆芯液位的下限仍保持在堆芯活性区以上,表明堆芯有95%的置信度未发生裸露。通过敏感性分析判别出对最小堆芯液位影响较大的输入不确定性参数。     

Uncertainty quantification of neutronic parameters of light water reactor fuel cells with JENDL-4.0 covariance data

Neutronic parameter uncertainty induced by nuclear data uncertainty is quantified for several light water reactor fuel cells composed of different combinations of fissile/fertile nuclides. The covariance data given in JENDL-4.0 are used as the nuclear data uncertainty, and uncertainty propagation calculations are carried out using sensitivity coefficients calculated with the generalized perturbation theory for burnup-related neutronic parameters.

It is found that main contributors of nuclear data uncertainty to the neutronic parameter uncertainty are the uranium-238 capture cross section in a uranium-oxide fuel cell, and the plutonium-240 and plutonium-241 capture cross sections and fission spectrum of fissile plutonium isotopes in a uranium–plutonium mixed-oxide fuel cell. It is also found that thorium-232 capture cross section uncertainty is a dominant source of neutronic parameter uncertainty in thorium–uranium and thorium–plutonium mixed-oxide fuel cells. It should be emphasized that precise and detail information of component-wise uncertainties can be obtained by virtue of the adjoint-based sensitivity calculation methodology. Furthermore, cross-correlations are evaluated for each fuel cell, and strong correlations among the same parameters at the beginning of cycle and at the end of cycle and among different parameters are observed.     

核数据敏感性与不确定性分析及其在目标精度评估中的应用

核数据作为反应堆物理计算不确定性的重要来源,量化由核数据引入的不确定性,是反应堆不确定性分析的重要内容。另一方面,降低核数据的不确定性,有利于提高反应堆计算结果的可靠性,对于反应堆的经济性和安全性的提升有重要意义。基于敏感性与不确定性分析的目标精度评估,是给出核数据精度要求,从而降低计算结果不确定性的重要途径。本文提出了两步法的敏感性计算策略,针对快堆基准题BN-600,进行了有效增殖因数的敏感性分析,并量化了其不确定性的主要来源。通过建立目标精度评估问题对应的优化问题数学模型,采用差分进化算法,给出了有效增殖因数的目标精度为0.3%时核数据应达到的不确定性要求。