基于MCMG-Ⅱ和STEP1.0的输运-燃耗耦合系统在TOPAZ-Ⅱ反应堆中的应用

发布时间：2021-08-18 11:00

　　以TOPAZ-Ⅱ反应堆为代表的空间核反应堆布局紧凑、具有超热中子谱、不规则几何结构和长期不换料运行的特点。本文计算了TOPAZ-Ⅱ反应堆的燃耗问题,并进行对比和分析。基于MCMG-Ⅱ和STEP1.0的蒙特卡罗输运-燃耗耦合计算系统采用几何体描述建模,能够描述TOPAZ-Ⅱ反应堆中的复杂不规则几何,解决小型反应堆非均匀效应,截面库采用连续能量描述,适应不同中子能谱。根据TOPAZ-Ⅱ反应堆模型参数和运行功率历史进行模拟,采用临界计算和燃耗计算的耦合迭代,完成了整个运行周期的燃耗计算。主要核素的计算结果与已有数据进行了对比,验证了程序的正确性。结果表明,基于MCMG-Ⅱ和STEP1.0的输运-燃耗耦合系统能够正确计算以TOPAZ-Ⅱ反应堆为代表的小型复杂结构空间反应堆的燃耗问题。 

【文章来源】：核动力工程. 2020,41(S1)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

TOPAZ-Ⅱ反应堆芯结构

燃耗计算为多群燃耗程序STEP1.0[2]，采用线性核素链解析计算模式[3]与蒙特卡罗程序MCMG-Ⅱ[4]形成耦合系统。耦合方式为外耦合，程序之间的参数转换与传递，以及整个耦合迭代流程的控制均采用Python语言实现[5]。耦合系统能够根据TOPAZ-Ⅱ反应堆的几何结构、能谱分布与变化、辐照时间、燃耗分区自动进行燃耗计算和更新。同时，采用多群燃耗计算，更能够适用于非典型反应堆的中子谱，扩展了计算能力。采用所开发的输运-燃耗耦合系统对TOPAZ-Ⅱ反应堆燃耗问题进行模拟计算。计算模型如图2所示。TOPAZ-Ⅱ反应堆基本参数如表1所示。2 TOPAZ-II反应堆能谱分析与对比

3个分区中燃料元件相对中子注量率对比如图3所示。从图3可看出，位于堆芯中心的燃料元件总中子注量率最高，而外围燃料元件中子注量率略低，最大相差在20%以内。TOPAZ-Ⅱ反应堆通过燃料元件之间的间距来调整氢化锆慢化剂的比例，从而达到径向功率展平。随着外围燃料元件的间距增大，氢化锆比例增加，因此中子能谱分布略软。图4给出了第1分区、第2分区、第3分区的相对中子注量率随着能群的分布变化，即相对中子能谱的对比，从图4能够看出外围分区的相对中子能谱分布较中心区域偏软。图4 TOPAZ-Ⅱ堆芯不同分区的相对中子能谱对比

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MCMG-Ⅱ和STEP1.0的输运-燃耗耦合系统架构设计[J]. 吴明宇,王事喜,张强,杨勇,王凤龙.  强激光与粒子束. 2017(01)
[2]回溯算法在燃耗计算中的应用[J]. 吴明宇,王事喜,杨勇,张强,杨佳音.  原子能科学技术. 2013(07)
[3]TOPAZ-Ⅱ反应堆燃耗计算研究[J]. 安伟健,赵守智,沈峰,孙征,刘兴民,吴晓春.  原子能科学技术. 2013(S1)
[4]三维多群P5中子输运蒙特卡罗程序MCMG及检验[J]. 邓力,胡泽华,李刚,李树.  原子能科学技术. 2011(08)
[5]TOPAZ-Ⅱ反应堆慢化剂温度效应分析[J]. 解家春,赵守智,贾宝山,沈峰.  原子能科学技术. 2011(01)



本文编号：3349763