基于SuperMC的ITER下窗口生物屏蔽插件屏蔽分析

在国际热核聚变实验堆(ITER)中,窗口生物屏蔽插件需为电子设备和工作人员提供必要的辐射屏蔽防护。基于中子学分析的生物屏蔽插件设计是ITER设计的重要内容。本文基于超级蒙卡核模拟软件SuperMC,在ITER大厅三维中子学模型中整合了ITER设计整合部门(DIN)最新设计的下窗口生物屏蔽插件模型,对四种下窗口生物屏蔽插件进行了屏蔽分析。分析结果显示,低温恒温器低温泵生物屏蔽插件中子屏蔽性能最好,室内监视系统生物屏蔽插件屏蔽性能最差;室内检视系统生物屏蔽插件停堆剂量率最小,环形低温泵生物屏蔽插件停堆剂量率最大。在SA2辐照方案下,停堆12天后,环形低温泵生物屏蔽插件处停堆剂量率超过规定限值20倍。分析结果表明,ITER下窗口生物屏蔽插件设计有待优化。     

应用MCNP程序处理研究堆屏蔽计算深穿透问题的方法研究

采用MCNP程序对某一体化研究堆主屏蔽设计进行验证计算。通过几何分裂、源项模型简化、多群截面和能群截断等方法逐步优化计算模型,计算效率提高了70%,计算结果方差小于10%,与确定论程序计算结果吻合较好。经分析,本文建立的计算方法适用于屏蔽层较厚研究堆的屏蔽计算。     

基于CENDL-3.2的宽群屏蔽数据库开发与验证

为开展反应堆屏蔽计算研究,使用NECP-Atlas和NECP-Shield程序,基于我国最新的评价核数据库CENDL 32开发了宽群屏蔽数据库NECL CP29,该数据库的中子能群结构采用基于粒子群算法优化的29群结构。为验证该数据库,使用国际屏蔽基准题库SINBAD中包括Iron 88、ASPIS NG和HBR 2等在内的屏蔽基准题进行了计算,计算结果不仅与实验测量值进行了比较,而且与国际主流屏蔽数据库BUGLE B7和BUGLE 96的计算结果进行了对比。验证结果表明,NECL CP29数据库的计算值与测量值吻合较好,计算精度整体上优于BUGLE B7和BUGLE 96,且优化的能群结构有效提升了计算效率。     

对SINBAD屏蔽基准题实验的模拟验证

为了验证屏蔽基准题的准确性,进一步完善我国的标准基准题库,采用蒙特卡罗MCNP程序精细建模计算方法,针对SINBAD屏蔽基准题库,选取其中具有代表性的3例基准题对其准确性进行评估验证。结果表明,模拟计算得到的结果在误差允许的范围内,能够给其他自主软件提供数据验证支持,可将验证结果归入我国屏蔽基准题数据库。      

深穿透屏蔽计算中MCNP减方差技巧应用及比较

在中子输运的深穿透屏蔽计算中,采用有效的MCNP减方差技巧可以有效缩减计算时间提高计算效率。以一维聚变反应堆(CFETR)平板模型作为深穿透屏蔽计算实例,分别应用了几何分裂与轮盘赌、源偏倚、强迫碰撞、权窗、指数变换等减方差技巧,对各种减方差技巧应用过程中遇到的如中子平分布问题,全零权窗问题等问题,进行了分析总结,并在此基础上提出了针对深穿透问题的新的解决思路。通过不同方法分析和组合,获得了权窗和指数变换的最佳组合,使计算效率加速了162倍。     

锦屏深地核天体物理实验室屏蔽计算

锦屏深地核天体物理实验室（JUNA）为核天体物理关键反应的研究提供了极低本底环境,加之400 kV强流高稳定加速器的使用,使核天体物理感兴趣能区（伽莫夫窗口）的直接测量成为可能。而同时为避免加速器产生本底破坏锦屏深地实验室的超低本底环境,需估算加速器运行本底,进而对核天体物理实验室进行整体屏蔽。以屏蔽系统的初步设计方案为基础,基于中国核数据中心推荐的综合评价核数据库CENDL-NP,采用MCNP方法对其进行了模拟计算。计算过程采取了权重窗技巧与改变几何条件相结合等方法来减小方差,以提高MCNP方法在计算深穿透问题时的准确性。计算结果表明,该实验室的屏蔽系统对加速器引起的本底进行了有效的屏蔽。     

基于SuperMC对结构缝隙影响中子屏蔽的研究

本文基于Monte Carlo粒子输运计算程序SuperMC,计算了四种含硼聚乙烯(B-PE)结构缝隙对两种谱中子的衰减倍数。为了便于比较不同结构缝隙对中子屏蔽性能的影响,统一与相同厚度无缝隙材料相比得到中子衰减倍数相对减小量,并在相同条件下对计算结果进行了实验验证。结果表明:对于厚度6 cm的B-PE材料,斜缝结构的快中子衰减倍数相对减小量为直缝结构的1/8,斜缝结构的慢化中子衰减倍数相对减小量为直缝结构的1/3,斜缝结构对中子屏蔽产生的负面影响最小。     

基于正向蒙特卡罗计算的自动源偏倚方法在屏蔽计算中的应用

反应堆屏蔽计算是粒子输运数值计算的难点问题之一。由于仅有少量处于堆芯外围组件的高能中子能到达屏蔽层外,如果对源粒子采用无偏抽样,大量的计算时间用于模拟无用的源粒子,计算效率很低。偏倚抽样是提升蒙特卡罗模拟计算效率的重要途径,包含源偏倚、输运偏倚和碰撞偏倚等。MCNP程序的权窗发生器可为输运偏倚和碰撞偏倚提供参数,但不包含源偏倚。本文利用正向蒙特卡罗计算权窗发生器产生的重要性函数,生成源偏倚参数以及与之匹配的权窗系数,在屏蔽计算中取得了很好的效果。本文的方法与MCNP的权窗功能完全兼容,使用方便。     

一种基于MCNP程序的深穿透问题处理方法

辐射屏蔽计算是核工程设计的核心内容之一。MCNP是最常用到的屏蔽计算软件,但MCNP在处理深穿透问题上存在一定困难,计算误差较大。本文以简单的深穿透屏蔽计算为例,介绍了MCNP的减方差技巧在深穿透屏蔽计算中的应用效果,并提出了一种应用减方差技巧进行深穿透计算的思路。     

屏蔽介质中粒子‘重要路径’的自动诊断

本文介绍了中性粒子在复杂系统深穿透输运问题中‘重要区域’的快速诊断系统。由‘重要路径’可了解屏蔽体中各部分所起作用，进而指出‘重要区域’。     

基于SuperMC的船用反应堆辐射屏蔽结构优化研究

船用反应堆辐射屏蔽结构的重量严重影响着船舶的机动性,如何在现有屏蔽空间内进行屏蔽设计以减少屏蔽体的重量,对船舶机动性能提高有着重要意义。本文基于中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC中的智能核设计模块对固定屏蔽空间的屏蔽优化问题开展了研究,采用“萨瓦娜”号反应堆模型进行了屏蔽优化计算。结果表明,优化方案相比于原始设计方案屏蔽体重量大幅度减小,该方法为指导船用反应堆辐射屏蔽的材料选择与屏蔽体布局提供了新的技术手段。      

铀矿勘查深穿透地球化学方法及其研究进展

介绍了金属活动态提取、地电化学提取和地气测量等目前常用的深穿透地球化学方法发展历程及其在铀矿勘查中的研究进展和应用现状。随着我国铀矿资源勘查工作的不断深入,地表出露和埋深较浅的铀矿床大多已经被发现,寻找深部隐伏铀矿已经成为铀矿地质工作者面临的重要课题,我国铀矿地质工作已经全面进入了"攻深找盲"阶段,深穿透地球化学方法必然会发挥更加重要的作用。     

华龙一号反应堆本体屏蔽设计

华龙一号(HPR1000)在设计过程中,为了满足通风和安全要求,在反应堆周围增设了贯穿件,另外,为了辐射防护优化的需求,相对于二代核电厂对部分位置辐射分区进行了更为严栺的调整。为应对上述改进,HPR1000反应堆本体屏蔽设计引入了先进屏蔽计算方法,开展了堆腔漏束和深穿透屏蔽计算分析,提出了先进屏蔽结构设计方案。通过采取针对性的屏蔽设计,HPR1000反应堆本体屏蔽各项指标均达到了工程设计要求,能够保护工作人员的安全健康和仪器设备的正常工作。     

高性能计算分析技术在大型钠冷快堆屏蔽设计中的应用

钠冷快堆堆容器是一体化的池式结构,由众多堆内构件组成且结构复杂,堆芯到生物屏蔽外中子输运过程中各向异性明显且深穿透问题严重,大尺度范围下三维S_N方法计算是制约快堆屏蔽设计的瓶颈。通过将三维SN程序与高性能计算技术相结合,采用并行计算方法可解决快堆堆本体内各向异性的三维深穿透屏蔽问题。本文以中国示范快堆（CFR600）堆本体为研究对象,采用JSNT-CFR程序详细计算了堆本体内的中子注量率、光子注量率、剂量率,并将计算结果与已有的二维程序设计结果进行比较。结果表明,将传统屏蔽计算方法与高性能计算相结合,能满足CFR600堆本体屏蔽计算精度要求,获得更为全面的三维展示效果,在计算模型复杂、粒子穿透深度等复杂问题的屏蔽计算上具有较明显的优势,为大型钠冷快堆屏蔽设计提供有力支撑。     

中子屏蔽测试系统中子响应影响因素仿真分析

目前屏蔽材料的中子屏蔽性能测试还没有统一的标准,为了研究中子屏蔽测试系统中子响应可靠性和稳定性的影响因素,采用超级蒙特卡罗SuperMC程序模拟中子屏蔽测试系统建模,对探测器远近位置、探测器偏离位置、辐射源偏离位置及测试样品规格等影响因素进行了仿真分析,结合中子探测仪器的中子响应曲线对中子通量、平均能量及中子能谱等仿真数据进行比较和分析,提供了较为合理可靠的测试参数,为减少屏蔽测试系统测试误差提供理论依据。     

不同材料中子反射与屏蔽效应研究

利用Monte Carlo粒子输运计算程序Super MC对厚度1-5 cm的多种材料进行中子反射和屏蔽性能分析计算。这些材料包括金属材料铍、铅、铜、含硼钢以及~(238)U和非金属材料聚乙烯、氢化锂、混凝土,中子能段选取10~(-5) e V-20 MeV。结果显示,中子反射能力和屏蔽性能都会随着材料厚度而增加,但增加的幅度逐渐减小。铍和聚乙烯在中子反射和屏蔽方面性能优越,而常用来屏蔽γ射线的铅在这两方面性能都是8种材料中最差的。~(238)U只在材料厚度很小时性能卓著,随着材料厚度增加,其性能便远不如大部分材料。考虑到聚乙烯的力学性能较差,在屏蔽材料的选择上有很大的限制,所以在8种材料中,铍的综合性能相对较好。     

蒙特卡罗粒子输运权窗减方差方法研究及在ITER屏蔽分析中应用

屏蔽问题是聚变中子学研究密切关注的问题,蒙特卡罗粒子输运中的权窗减方差技术是处理屏蔽计算深穿透难题的重要方法。本文对权窗减方差方法开展研究,并在超级蒙特卡罗计算软件SuperMC中实现。先采用混凝土基准例题进行校验,再将该方法应用于国际热核聚变实验堆ITER的屏蔽分析,计算结果和MCNP进行对比,符合偏差要求,通过权窗减方差的应用,计算效率也有明显提升,证明了方法和程序的正确性和有效性。     

基于Hoogenboom基准模型的SuperMC全堆芯计算能力校验

基于国际经典的压水堆全堆芯Hoogenboom基准模型,对超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC(Super Monte Carlo Simulation Program for Nuclear and Radiation Process)进行了校验。对有效增殖因数keff、功率等反应堆关键参数进行了计算与正确性校验,对并行效率进行了分析。结果显示,SuperMC的计算结果与MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)吻合较好,在使用640核计算时并行效率高达98.7%,初步验证了SuperMC在全堆芯计算中的准确性及高效性。     

14 MeV快中子照相准直屏蔽系统的设计与优化

基于强流氘氚中子源科学装置HINEG设计了一套快中子照相准直屏蔽系统。采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC和ENDF/B-Ⅶ.0数据库计算了准直中子束的中子能谱及注量率、γ射线能谱及注量率、直射中子注量率与γ射线注量率比值（φ_d/φ_γ）、直射与散射中子注量率比值（φ_d/φ_s）、准直束中子注量率的不均匀度等特性参数,并采用MCNP5程序进行了对比验证。研究了准直屏蔽系统的内衬材料、尺寸等对特性参数的影响规律,并通过优化获取了最优设计方案。计算结果显示,在同等计算条件下,SuperMC计算结果与MCNP计算结果相对偏差小于1%,准直屏蔽系统的φ_d/φ_γ为50.1,φ_d/φ_s为5.7,在Φ30 cm视野范围内的中子注量率为4.80×10⁷ cm^-2•s^-1,其中直射中子注量率为4.09×10⁷ cm^-2•s^-1,中子注量率不均匀度为5.8%,满足快中子照相对准直束特性参数的要求。     

网格权窗减方差技术及其在聚变堆屏蔽分析中应用研究

在聚变堆辐射屏蔽计算中,如何有效解决深穿透问题是近年来国际聚变辐射安全领域关注的焦点之一。针对该问题,本文研究了直角坐标系与圆柱坐标系下基于网格的权窗减方差技术。本文基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC实现了该方法,并选取减方差技巧的基准例题进行测试与分析,初步得出"粗划真空或密度很小的区域、细分密度大的区域"的网格划分规律,能有效提高网格权窗计算效率。基于该规律对聚变屏蔽基准问题进行对比分析,新的网格划分与原始网格划分的计算效率相比,FOM因子提高了1.92倍。减方差技巧的基准例题和聚变屏蔽基准问题计算中,SuperMC通量计算结果与MCNP相比偏差均在0.5%以下,证明了本文中方法的正确性。