铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆堆芯中子学特性分析

在充分分析国际上各种小型模块化反应堆优缺点基础上,设计出铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆(SMPBN),并对该堆型的中子学特性进行了详细分析。通过分析认为SMPBN具有以下突出优势:以乏燃料钚作为反应堆的驱动燃料,钍作为增殖燃料,可以解决由于铀资源缺乏对核电发展的制约;氮化钚和氮化钍作燃料,可以提高反应堆的安全性和燃料的转换比;液态铅铋作冷却剂和反射层,不仅提高反应堆完全自然循环的能力,而且可以提高中子的经济性;整个寿期内反应性的波动很小并且几个重要反应性系数都为负值,从而保证反应堆具有固有安全性。     

中子扩散三维非均匀变分节块法及平源加速方法研究

作为三维全堆芯非均匀输运计算的基础,基于扩散近似提出了三维非均匀变分节块法,能够采用节块内部的等参有限元和节块轴向表面的分片常量精细描述燃料棒的非均匀几何结构,消除均匀化过程。同时,为了降低计算代价,相应地提出了平源加速方法(FS)。数值结果表明,该方法具有可靠的精度,且FS能够在不影响精度的前提下有效地降低计算内存和计算时间。     

熔盐堆动力学软件开发

基于燃料流动对缓发中子先驱核(DNP)空间分布的影响建立合适的熔盐堆动力学模型并开发了程序MOREL,选取了橡树岭国家实验室(ORNL)熔盐堆实验(MSRE)的实验数据对MOREL特别是DNP模型进行校验,结果表明MOREL可以用于熔盐堆动力学分析。     

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。     

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300pcm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。     

加速器驱动的次临界系统初步概念设计

基于初始Pu装载对加速器驱动的次临界系统(ADS)嬗变次锕系核素（MA）的影响,提出了6种采用(TRU-10Zr)-Zr*弥散体燃料的ADS概念设计方案。运用MCNP与ORIGEN2程序对ADS嬗变MA堆芯进行稳态与燃耗计算,比较分析MA的嬗变效果、有效增殖因数k_eff、质子束流流强I_p与初始Pu含量的关系。计算结果表明：随着初始Pu含量的增加,MA的嬗变率减小,初始I_p增大;初始Pu含量小于33%,k_eff随时间的变化是先增大后减小,大于33%后一直减小,且随着初始Pu含量的增加,k_eff减小得更加明显。故初始钚含量为33%的方案为最佳,其k_eff的相对变化不超过1%,I_p小于20 mA,MA嬗变率高达28.06%,嬗变支持比为29.23,满足初步设计要求。     

基于EFEN-SP3方法的pin-by-pin中子动力学计算方法研究

为能直接给出安全分析所需的最热棒功率而不引入组件均匀化近似和精细功率重构近似,本文研究了基于栅元均匀化的pin-by-pin中子动力学计算方法。通过全隐式向后差分对多群时空中子动力学方程组的时间变量进行离散,采用指数函数展开节块-SP₃（EFEN-SP₃）方法求解含裂变介质的多群中子固定源方程组,通过高阶源展开技术消除了中子源分布与缓发中子先驱核分布形状不一致的问题。采用Ks因子、LW外推和粗网再平衡等加速技术提高计算效率。三维pin-by-pin中子动力学问题的数值结果表明：pin-by-pin中子动力学计算能直接给出单棒功率密度分布;高阶源展开技术可有效抑制计算偏差随时间步的累加效应;加速技术可将SP₃动力学计算的求解速度提高134.9倍。     

数值反应堆的研究现状与发展建议

数值反应堆技术是基于多物理紧耦合的高精度、高分辨率、高置信度的高保真数值模拟技术,其目的是实现核反应堆内物理现象的精确数值呈现和分析,大幅度提高核反应堆的设计能力和安全运行能力,用数值技术驱动核能技术的快速发展。本文总结了国内外数值反应堆技术的研究现状,提出了数值反应堆技术的发展建议。     

基于AutoCAD二次开发实现中子输运方程特征线法求解

在先进反应堆的组件设计计算中,特征线方法(MOC)是沿生成的特征线求解中子输运方程,理论上不受几何形状的限制,但需对组件进行几何描述和射线追踪等预处理,现有的MOC程序在几何预处理上实际还存在很多限制.为彻底消除特征线方法在几何方面的限制,借助AutoCAD二次开发功能来实现MOC方法的几何预处理.在此基础上开发了MOC程序AutoMOC,对各种问题的计算表明,程序不仅在几何处理上具有很高的灵活性,同时,其计算结果与MCNP等现有程序计算结果符合良好.     

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。