中子光子输运物理过程蒙特卡罗处理方法研究

发布时间：2017-03-19 00:06

  本文关键词：中子光子输运物理过程蒙特卡罗处理方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：蒙特卡罗方法能够接近真实地模拟各种粒子在介质中的输运过程,精细的粒子物理过程模拟是粒子输运正确性的基本保障。目前,针对反应堆的蒙特卡罗粒子输运程序往往是针对具体堆型,在粒子类型、物理反应类型、能量范围、物理过程修正等方面不全面,难以同时满足先进反应堆如加速器驱动次临界堆、聚变堆,一般商用反应堆如压水堆、轻水堆等设计与分析的要求。同时,在粒子物理过程模拟中还存在超热中子能量区间共振等问题需要进一步研究。 本文围绕上述问题,在系统分析先进反应堆设计需求并研究常用能量范围中子／光子与物质相互作用的基础上构建了较完备的中子／光子输运物理过程蒙特卡罗方法处理体系,该体系充分考虑了中子／光子与物质作用的基本物理过程处理以及常用能量范围内的物理过程修正处理。具体考虑的中子能量范围为le-11MeV-150MeV,考虑了包括弹性散射、非弹性散射、吸收反应基本物理过程的处理,并对热中子上散射效应、不可分辨共振效应、瞬发中子进行了修正处理。对于超热中子问题本工作进行了深入研究,发展了基于权重修正的多普勒展宽拒绝修正方法进行修正处理。光子的能量范围为1keV-100GeV,包括康普顿散射、相干散射、光电效应、电子对效应以及光核反应五种物理过程。同时,根据体系中不同的物理过程,对核数据的存储结构进行了优化设计,使核数据查找调用更加灵活方便。 本工作基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC编程实现了中子、光子、中子光子耦合输运物理过程的处理,并进行系统地验证。选取了一系列基准例题进行程序校验,包括国际临界安全基准评价工程手册中6大类问题共31道例题,国际中子、光子泄漏率基准实验共计33道例题,测试结果证明了中子、光子物理过程处理方法的正确性。采用俄罗斯商用快堆BN-600模型对程序进行综合测试,模拟计算结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室发展的蒙卡程序MCNP结果及相关文献中计算结果吻合良好,表明本文设计实现的中子、光子物理过程的正确性。 在系统验证之后,基于本文发展的方法与程序开展了中国聚变工程实验堆CFETR的屏蔽设计优化。本文通过优化屏蔽包层材料及厚度进行优化。优化方案的中子学计算结果与MCNP计算结果进行比较,进一步显示了本文方法的正确性,并初步说明了其在先进反应堆设计分析方面应用的能力。
【关键词】：蒙特卡罗 中子 光子 物理过程 多普勒展宽拒绝修正
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL32
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-19
• 1.1 蒙特卡罗粒子输运理论概述11-14
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 蒙特卡罗粒子输运理论简介12-13
• 1.1.3 蒙特卡罗方法发展现状及应用13-14
• 1.2 中子/光子输运物理过程蒙特卡罗处理方法研究现状14-16
• 1.2.1 理论方法现状15
• 1.2.2 程序发展现状15-16
• 1.2.3 现有问题16
• 1.3 研究目标及意义16-17
• 1.3.1 研究目标16-17
• 1.3.2 研究意义17
• 1.4 本文主要内容及结构17-19
• 第二章 中子/光子输运物理原理19-31
• 2.1 引论19
• 2.2 中子与物质作用物理原理19-24
• 2.2.1 宏观中子物理20-21
• 2.2.2 微观中子物理21-24
• 2.3 光子与物质作用物理原理24-26
• 2.3.1 宏观光子物理24
• 2.3.2 微观光子物理24-26
• 2.4 中子/光子核数据26-29
• 2.4.1 中子核数据26-28
• 2.4.2 光子核数据28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 中子输运物理的蒙特卡罗处理体系及方法研究31-57
• 3.1 引论31
• 3.2 中子输运物理过程的蒙特卡罗处理体系设计31-37
• 3.2.1 输运/碰撞划分方法32-34
• 3.2.2 基本物理过程/物理过程修正划分方法34-35
• 3.2.3 蒙特卡罗粒子输运中子物理过程处理体系构建35-37
• 3.3 中子基本物理过程的蒙特卡罗处理方法研究37-40
• 3.3.1 输运过程处理37-38
• 3.3.2 碰撞过程处理38-40
• 3.4 中子物理过程修正的蒙特卡罗处理方法研究40-52
• 3.4.1 超热/热中子处理方法40-51
• 3.4.2 不可分辨共振修正处理方法51-52
• 3.5 中子核数据处理方法研究52-54
• 3.5.1 核数据存储结构设计52-53
• 3.5.2 核数据处理方法53-54
• 3.6 本章小结54-57
• 第四章 光子输运物理的蒙特卡罗处理体系及方法研究57-65
• 4.1 光子输运物理过程的蒙特卡罗处理体系设计57-59
• 4.2 光子输运物理过程的蒙特卡罗处理方法研究59-61
• 4.2.1 输运过程处理59-60
• 4.2.2 碰撞过程处理60-61
• 4.3 光子核数据处理方法研究61-64
• 4.3.1 核数据存储结构设计61-63
• 4.3.2 核数据处理方法63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 程序基准校验及应用研究65-89
• 5.1 引论65
• 5.2 中子输运基准校验65-74
• 5.2.1 中子积分泄漏率基准例题测试65-69
• 5.2.2 临界安全基准例题测试69-72
• 5.2.3 超热中子基准例题测试72-74
• 5.2.4 中子输运基准校验小结74
• 5.3 光子输运基准校验74-76
• 5.3.1 光子积分泄漏率例题测试74-76
• 5.4 中子/光子藕合输运基准校验76-78
• 5.4.1 中子产光子积分泄漏率实验例题测试76-78
• 5.5 综合测试及典型应用78-87
• 5.5.1 BN-600 测试78-84
• 5.5.2 CFETR屏蔽设计应用84-87
• 5.6 本章小结87-89
• 第六章 总结与展望89-93
• 6.1 总结89-90
• 6.2 论文主要贡献(创新点)90
• 6.3 未来展望90-93
• 参考文献93-99
• 附录1 BN-600例题中各种材料的核子密度99-103
• 致谢103-105
• 在读期间发表的学术论文目录105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 蒋校丰;栾兴峰;邓力;;多群蒙特卡罗程序MCMG的开发与基准校验[J];核动力工程;2007年01期

2 吴宜灿;李莹;卢磊;丁爱平;胡海敏;曾勤;罗月童;郑善良;黄群英;陈义学;;蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展[J];核科学与工程;2006年01期

3 邓力;李刚;;粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述[J];计算物理;2010年06期

4 李泽光;王侃;佘顶;徐琪;刘宇轩;;自主堆用蒙卡模拟程序RMC2.0开发(英文)[J];核动力工程;2010年S2期

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本文编号：255225