基于改进半预估修正的蒙特卡罗输运—燃耗耦合策略研究

发布时间：2020-05-15 07:59

【摘要】：堆芯燃料管理与反应堆的经济性和安全性息息相关,反应堆燃耗计算是反应堆设计与分析的重要环节。反应堆燃耗计算需进行输运、点燃耗交替迭代计算,输运计算通过求解玻尔兹曼方程得到堆芯稳态中子学参数,点燃耗计算通过求解Bateman方程组得到堆芯核素密度随时间的变化。燃耗过程中,核素反应率与材料核素密度紧密相关,传统方法中,通过简单设置核素的燃耗步长强制解耦会带来计算偏差。因此,在蒙卡输运-燃耗耦合计算过程中需要准确考虑核反应率变化对核素燃耗计算带来的影响,以达到提高计算效率、保证计算精度的目的。传统的蒙卡输运-燃耗耦合策略需通过缩短燃耗步长以保证计算精度,这种处理方式会增加燃耗步数降低计算效率。本文基于中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC,开展了基于改进半预估修正的蒙卡输运-燃耗计算耦合策略研究。在半预估修正方法的基础上,采用投射预估修正的处理方式,根据反应率与核子密度之间存在相关性的假设,对每个燃耗步起点处的反应率进行修正,避免计算误差的逐步累积。同时,结合子步法的思想,将设定的燃耗步长划分成若干子步,通过线性拟合的方式获得每个子步的反应率,对每个子步进行燃耗计算,从而在保证相同计算精度的前提下可使用更长的燃耗步进行计算,提高计算效率。为验证本文发展的改进半预估修正耦合策略的正确性与效率,本文选取了OECD/NEA发布的TAKAHAMA-3压水堆基准题和国际原子能机构发布的BN-600模型进行综合测试。测试结果表明,与传统耦合策略起点近似相比,在保证相同计算精度的情况下,采用本文耦合策略的燃耗步长最高可达到传统耦合策略的8倍。
【图文】：

中子,裂变材料,次级中子

逡逑核发生各种核反应的过程。图２．２表示粒子与物质相互作用的过程：一个中子从逡逑源出发入射到裂变材料区域后，在位置１处与材料中的裂变靶核发生了裂变反逡逑应，产生了两个次级中子；其中一个次级中子在位置６处被裂变材料吸收；另一逡逑个次级中子在位置２处与裂变材料相互作用，发生裂变反应并产生两个次级中逡逑子；其中一个中子直接飞出裂变材料区域，另一个中子在３处发生散射反应，改逡逑变了飞行方向，在位置４处被吸收。逡逑３逦４逡逑－邋？逡逑２逡逑＊逡逑？逦－＾逦WＪＴ逡逑ｗ入射中户逡逑５逡逑６逡逑费变Ｍ料逡逑图２．２单个中子的随机历程逡逑在求解中子输运问题时，蒙卡方法计算具有如下特点：

等值线分布,实轴

实轴逡逑图２．３邋｜ｅｚ邋－ｆ１４，１４（－ｚ）丨等值线分布图逡逑图２．３给出了ｆｃ邋＝邋１４时４火（－幻逼近ｅｚ的精度分布，，即｜ｅｚ邋－邋ｆ１４，１４（－ｚ）｜在逡逑复平面的等值线分布。这表示当Ａｔ的本征值位于负实轴附近时，可以使用有理逡逑近似计算一１，在负实轴附近的精度能达到１（Ｔ１３。逡逑若ｆｃ为偶数，则实系数有理函数心ｆｃ的极点具有共辄关系，所以实数值；ｃ部分逡逑的计算消耗减半：逡逑ｒｋ．ｋ0ｃ＇）邋＝邋ａ０邋＋邋２Ｒｅ｛ｊｉ％＾逦（２．１５）逡逑因此矩阵方程解的有理近似为：逡逑ｎ邋＝邋ａ0ｎ0邋＋邋２Ｒｅ（Ｘｙ＝ｉ邋ａｊ（Ａｔ邋－邋０，７）－１ｎｏ）逦（２．１６）逡逑切比雪夫有理函数的一系列系数在不同的阶数ｆｃ下都己经得到研究。不同逡逑ｆｃ值的部分分式系数心和０；值，可以在ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ邋ｒｏｏｔ邋ｆｉｎｄｅｒ的帮助下通过计算这逡逑些多项式系数得到。在／ｃ邋Ｓ邋１４的时候，也可以通过Ｃａｒａｔｈ６ｏｄｏｒｙ－Ｆｅｊ６ｒ方法计算逡逑得到。因此，核素密度向量的计算就转化为解ｆｃ／２个具有以下形式的稀疏线性方逡逑程：逡逑（Ａｔ邋—邋0ｉＩ）Ｘｉ邋＝邋ａｉＴｉ０逦（２．１７）逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL329

【参考文献】