基于不同数据库的反应堆堆芯源项计算分析

堆芯内的核燃料在裂变过程中产生大量的放射性物质,ORIGEN-S可以采用多种数据库计算堆芯内放射性物质的积累和衰变,如Card-image数据库、二进制数据库以及ORIGEN-ARP通过插值产生的ORIGEN-S截面数据库。详细介绍了各数据库的基本情况,并采用Card-image数据库和ORIGENARP数据库,对比计算了反应堆堆芯放射性核素的活度,分析了典型核素的放射性活度随燃耗的变化。计算结果表明:不同数据库对各种核素的放射性活度计算产生了不同的影响,与Card-image库相比,采用ARP插值生成的数据库计算的小部分核素放射性活度偏大,而核素134 Cs、136 Cs放射性活度小15%左右。随着燃耗的加深,ORIGEN-S采用不同数据库计算的核素放射性活度差值逐渐增大,但核素放射性活度的比值随燃耗的增大呈现不同的变化规律。     

回溯算法在燃耗计算中的应用

采用解析解的线性核素链方法在进行燃耗计算时首先根据分治和递归的策略将燃耗矩阵进行解耦,形成具有马尔科夫特性的线性核素链。然后通过对每一条链的解析计算得到所有相关核素的核密度、活度、衰变热等数据。然而在核素链的构建过程中需对每一个可能的核反应路径进行计算。欲保证计算的精度和效率,需寻求一种既能覆盖所有反应路径、又能根据问题描述和约束条件进行自动搜索的算法。本文通过对各种搜索算法的分析和比较并根据燃耗链构建过程的特点,最终采用回溯算法进行深度优先搜索,在搜索过程中完成燃耗链的构建和计算,从而形成问题相关的、具有高精度的自适应燃耗算法。同时结合燃耗过程和回溯算法的特点进行了解空间和时间复杂性的分析。将所开发的多群点燃耗计算程序与蒙特卡罗输运计算程序MCMG-Ⅱ进行耦合,通过对中国实验快堆首炉堆芯燃耗的计算和分析完成程序的初步验证。     

基于精细燃耗历史及精细燃耗链的球床高温气冷堆燃耗不确定性分析

球床高温气冷堆的燃料管理具有燃料球多次通过堆芯的特点,使得燃料元件经历的燃耗历史十分复杂。球床高温气冷堆堆芯物理设计程序VSOP可以提供燃料元件的精细燃耗历史,但仅包含少量燃耗链和核素种类。而清华大学自主开发的燃耗计算程序NUIT可实现精细燃耗计算,且包含完整燃耗链和核素信息,但不具备精细燃耗历史跟踪功能。本文基于NUIT,结合VSOP提供的球床高温气冷堆精细燃耗历史,开发了球床高温气冷堆堆芯的精细燃耗计算功能,搭建了带有精细燃耗历史模拟和精细燃耗链核素的燃耗分析流程,并实现燃耗不确定性分析功能。在此基础上研究了裂变产额不确定性对球床高温气冷堆燃耗计算不确定性的贡献,并与VSOP的计算结果进行对比。计算分析结果显示,基于NUIT的精细燃耗计算结果和VSOP的燃耗计算结果得到了相互验证,且可以得到更多的核素浓度信息,该计算结果是开展球床高温气冷堆衰变热不确定性研究的基础。     

蒙特卡罗燃耗计算程序MCNTRANS的开发与验证

本文介绍了开发的蒙特卡罗燃耗计算程序MCNTRANS。MCNTRANS的中子学计算参数直接采用MCNP5程序的反应率计算值,燃耗计算方法采用图论算法跟踪燃耗链,同时,对实际燃耗过程进行详细分析以提高计算精度与程序适用性,并使用预估 校正方法以获取较大的燃耗计算步长。程序计算结果通过OECD/NEA与JAERI燃耗基准题实验结果进行验证,并与其他程序的计算结果进行比较。结果表明,MCNTRANS程序在不同燃耗深度下的计算结果和实验值与其他程序的计算值符合较好,部分锕系核素与裂变产物的计算精度更高。     

双约束核素筛选与燃耗链压缩算法研究

在进行反应堆燃耗计算时,由于评价核数据库中各核素反应截面、寿命差异大,因此形成的燃耗矩阵规模大、刚性强。为降低燃耗矩阵规模、改善矩阵病态程度,有必要研究适用于多种堆芯设计研发需求的燃耗链压缩算法,并形成压缩燃耗链和数据库。首先建立了核素筛选标准,根据各个核素对中子吸收率和重要核素核子密度的贡献率对核素重要性进行排序筛选,研究了基于中子吸收率和重要核素产量贡献率的双约束燃耗链压缩算法,并完成相关程序模块的开发。通过对Kylin-2程序数据库压缩的计算分析,验证了该燃耗链压缩算法的可行性。采用压缩数据库可使其在保持原有计算精度的基础上大幅减少计算时间、提高计算效率;通过燃耗链压缩算法的研究与压缩数据库的实现,为从评价数据库出发制作压缩数据库提供了技术支撑。      

燃耗截面基本库对输运燃耗耦合计算的影响分析

基于蒙特卡罗中子输运程序和ORIGEN2点燃耗程序的蒙特卡罗输运燃耗耦合计算方法应用广泛。但现有评价库中子连续截面的核素个数远小于燃耗计算涉及到的核素数量,即通过输运计算得到的燃耗截面不足以完全替代燃耗计算的基本库。采用经过栅元验证的蒙特卡罗燃耗程序MCBMPI,对最新的VERA燃耗计算基准题进行验证计算,对比分析不同的燃耗截面基本库对输运燃耗计算的影响。分析结果表明:1)在实际应用中尽量不要采用典型热中子截面库,会带来较大偏差;2)在燃耗计算核素替换较多的情况下,对该基准题而言,选取典型压水堆基本库还是典型快堆基本库,对结果影响不大,二者keff偏差在8‰以内,燃耗末期235U偏差在4‰以内,135Xe偏差在5‰左右;3)建议选取与研究对象能谱相近的基本库。     

燃耗数据库基准检验方法研究

燃耗数据库基准检验方法对于研制高准确度的燃耗数据库至关重要。本文以TAKAHAMA 3压水堆辐照后检验实验中SF95样品的建模为例，研究了建模要素对燃耗计算的影响，确定了燃耗实验建模的方法，开展了燃耗信用制研究感兴趣的锕系和裂变产物核素积存量计算值与实验值的比对。比对结果显示，主锕系核素计算偏差小于2%，大部分次锕系核素偏差小于10%，大部分重要裂变产物核素偏差小于5%。本文还对125Sb积存量随燃耗深度变化规律进行了理论分析，确认了破坏性放化实验测量结果存在缺陷，并进一步获得了125Sb积存量的修正值，使计算偏差从接近170%下降到20%以内。本次研究表明，燃耗数据库基准检验研究不仅需发展适当的燃耗实验建模方法，还需对实验数据进行适当的评价。     

基于WIMS-D库燃耗数据的更新与基准验证

随着AP1000等新一代压水堆的发展,燃耗深度在不断提高,平均卸料燃耗深度提高到60 GW d·t-1。然而,传统使用的WIMS69群和XMAS172群WIMS-D格式多群常数库,其能群结构存在共振峰重叠,核素种类较少,裂变产物产额的偏差较大,并且伪裂变产物中包含的核素种类较多而导致152Gd、160Gd、159Tb、160Tb等重要核素无法得到精确处理等问题。因此,本文主要针对AP1000等新一代反应堆的设计以及运行特点,基于ENDF/B-VII.1库,并且在现有基础上针对WIMS-D库中的伪裂变产物、裂变产物燃耗链以及裂变产物产额等燃耗数据进行更新,再通过NJOY程序开发了SHEM281群WIMS-D格式多群常数库。通过DRAGON程序挂载该WIMSD281库,对其进行临界和燃耗两方面基准验证。计算结果表明,该数据库的计算结果与基准值符合较好,精度较高,结果可靠,可初步用于压水堆的相关计算。     

燃耗信任制下燃耗计算对临界计算的偏差及不确定度的研究

为量化燃耗信任制中燃耗计算传递给临界计算的不确定度,本文基于参数统计法对燃耗计算的核素偏差及偏差不确定度展开分析,并以蒙特卡罗（MC）抽样方法计算的kinf不确定度为基准,比较不同抽样方法对临界计算不确定度的影响。结果表明,核素偏差与偏差不确定度是随样品燃耗变化的分段函数。对于临界计算,拉丁超立方抽样（LHS）方法与MC抽样方法的kinf不确定度计算结果吻合较好,且LHS方法可考虑参数间的相关性,计算结果更真实,可进一步提升电厂的经济性。     

线性子链法在排放源项计算中的应用

根据线性子链法原理和流出物排放源项计算模型的特点,本文建立了全面自动搜索核素链的方法,覆盖了所有核素涉及到的核素链,推导出了排放源项模型的解析表达式,将复杂的衰变链分解为数条线性链,对每一条核素链分别进行解析计算得到每个核素的核素浓度。将这一方法用于核电厂排放源项的活度计算,并将本方法求解结果与PWR-GALE的ORIGEN求解模块的结果比较,以及将最终排放源项的计算结果与国内某核电厂排放源项比较,对比表明,大部分核素浓度计算结果与ORIGEN一致,短寿命核素浓度的计算中由于ORIGEN采用长期平衡近似以及衰变链简化处理后所得结果偏于保守;本方法计算排放源项所得结果与国内某核电厂排放源项结果非常符合。本方法应用了全面自动搜索的线性子链法,自动搜索添加衰变链,并使用解析法依次对每条衰变链的每个核素进行计算,使得计算结果更加全面,结果更准确。