蒙卡-点核耦合方法计算核设施退役辐射场

在核设施退役过程中,随着退役设备的拆除,需要计算其三维辐射场的分布,并对核退役场景进行快速、精确的剂量计算和评估,以降低辐射对人员和环境的危害。目前,使用单一的确定论方法和随机性方法计算结构复杂的辐射场均存在不足,无法快速准确的计算退役设施辐射场的分布,而蒙卡-点核耦合计算可精确快速给出辐射场的分布,因此,利用蒙卡-点核耦合方法计算退役辐射场。对多点源辐射场模型计算结果表明,蒙卡-点核耦合计算比单一点核方法计算误差精度提高约1～2个数量级,相比于单一的蒙特卡罗计算可节约几十倍的时间;同时,蒙卡-点核耦合计算对体源模型的计算结果表明,耦合计算比单一的蒙卡方法计算速度提高几十倍,且最大相对误差在30%以内,计算精度较高。基于蒙卡-点核耦合计算方法,初步开发了核设施退役三维辐射场计算程序软件。     

基于蒙卡-点核积分耦合的核电厂退役辐射场计算

针对核电厂退役现场中复杂和简单几何区域并存的问题,以及退役过程对辐射场计算提出的快速、准确的要求,提出了蒙卡和点核积分耦合计算方法,并开发了耦合计算程序。对于单体源模型,由于模型简单,耦合方法、点核方法与蒙卡方法的计算结果均较接近,相对偏差小于10%,但耦合方法的计算速度比蒙卡方法提高了3.5倍;采用耦合方法和蒙卡方法分别计算了多体源模型的辐射场,结果表明耦合方法的计算准确度较高,相对蒙卡方法偏差小于40%,计算时间约为蒙卡方法的1/5。以秦山一期退役辐射场为例开展了计算分析,结果显示,耦合方法与蒙卡方法的计算结果相差不超过1个数量级,但前者计算速度比后者提高了约3倍,说明耦合方法可以满足核电厂退役辐射场计算需要。     

研究堆退役中的快速辐射传输计算方法研究

研究堆退役过程中需要强大的模拟工具来分析辐射场分布,本文针对其辐射场计算过程中结构复杂及大尺度厚屏蔽的特点,探讨了采用确定论方法和随机性方法进行计算的优缺点。在分析辐射场耦合计算趋势的基础上,选取蒙特卡罗与点核耦合的计算方案,对退役过程中放射性废物储存容器所在的大尺度厚屏蔽房间的辐射场分布进行了计算。结果表明,耦合计算在保证计算精度的前提下,相对于蒙特卡罗计算可节约大量时间。     

核设施退役过程中的辐射场重构与拆除路径优化

辐射场分布和路径选择是核设施退役过程中影响工作人员吸收剂量的主要因素。针对核设施退役过程中多源项的三维辐射场,采用点核积分的方法进行重构,重构结果与蒙特卡罗程序计算结果吻合很好,验证了点核积分法的可行性。将核退役拆除路径问题抽象为一种类旅行商问题数学模型,构造不同拆除路径下所受外照射剂量对应的剂量矩阵,根据辐射防护ALARA(As Low As Reasonably Achievable)原则,利用遗传算法进行寻优。对于多源项退役拆除实例,计算给出了最优化拆除路径和三维可视化显示,并对优化效果进行了讨论。设计开发了面向核设施退役过程的辐射场重构与拆除路径优化功能软件。     

高能评价核数据处理方法

为满足加速器驱动次临界系统ADS等高能核装置的蒙特卡罗输运计算需求,通过对相关核数据处理模块的改进,建立了一套基于我国自主的群常数制作软件Ruler与国际公认的核数据处理系统NJOY耦合的中高能评价核数据处理方法及程序系统。通过该方法基于日本高能评价核数据库JENDL-HE-2007制作了ACE格式连续点截面库,并通过一系列绘图及简单问题的蒙特卡罗输运计算,验证了该库是完整的、合理的,可用于蒙特卡罗输运计算,证明了Ruler与NJOY功能模块耦合的方法可用于高能评价核数据的处理。     

高能评价核数据处理方法

为满足加速器驱动次临界系统ADS等高能核装置的蒙特卡罗输运计算需求,通过对相关核数据处理模块的改进,建立了一套基于我国自主的群常数制作软件Ruler与国际公认的核数据处理系统NJOY耦合的中高能评价核数据处理方法及程序系统。通过该方法基于日本高能评价核数据库JENDL-HE-2007制作了ACE格式连续点截面库,并通过一系列绘图及简单问题的蒙特卡罗输运计算,验证了该库是完整的、合理的,可用于蒙特卡罗输运计算,证明了Ruler与NJOY功能模块耦合的方法可用于高能评价核数据的处理。     

回路系统辐射屏蔽的点核积分程序

本文给出的是一计算主、辅回路系统辐射屏蔽的三维点核积分程序。它能用于复杂几何系统,适宜计算机计算,并比较细致地考虑了辐射源的自吸收效应、中间设备的阴影屏蔽效应以及屏蔽体的屏蔽作用。     

基于CAD的点核剂量计算方法研究及初步应用

点核积分方法是辐射剂量计算的基本方法之一,广泛应用于辐射防护领域。传统的点核剂量计算中采用文本方式描述计算模型,存在难以描述复杂几何、易出错且耗时的问题。针对该问题,本文基于FDS团队自主研发的超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,进行了基于CAD的点核剂量计算方法研究与程序开发,可基于实际问题的CAD模型直接进行支持多重源的光子点核剂量计算,提高了程序对复杂三维几何问题的处理能力,并包含较为完备的核数据库。使用ANSI/ANS6.6.1、ESIS和VisiPlan的基准例题对程序进行了测试验证,测试结果与VisiPlan4.0对比吻合良好。同时将该方法初步应用于ITER热室屏蔽的设计中,说明了本方法及程序处理复杂场景问题的能力。     

MCMG蒙特卡罗多群-连续截面耦合中子输运计算

本文针对多群蒙特卡罗计算省时但共振自屏处理存在缺陷,以及连续截面蒙特卡罗输运计算精度高但计算费时的问题,发展了一种多群-连续截面耦合计算方法。该方法在自主研发的三维中子-光子耦合输运蒙特卡罗程序MCMG中得到应用,通过多个模型的计算验证了方法的有效性。MCMG耦合计算取得了与连续点截面MCNP程序一致的结果,其计算速度较MCNP的提高了1倍左右。     

计算γ射线点核积分的蒙特卡罗方法

本文采用蒙特卡罗方法来计算点核积分,编制了带屏蔽参数的三维几何 FORTRAN 程序 GMC,对γ射线的辐照效应进行计算。与常规的点核积分计算相比,计算时间可缩短到百分之一左右。用该程序对 HFETR 首炉装载所进行的堆内γ射线剂量率和发热率的计算结果与实验测量结果基本相符。     

基于离散纵标法与蒙特卡罗方法的三维耦合程序开发

辐射屏蔽设计是核装置工程设计的核心内容之一。单一的离散纵标法(比如SN)或蒙特卡罗方法(MC)在大型核装置屏蔽计算分析方面均存在一定限制。为了满足大型复杂核装置精确辐射屏蔽计算要求,本文实现了三维SN-MC耦合方法,并发展了相应的三维耦合程序系统。该程序结合了SN方法解决深穿透问题的优势和MC方法模拟复杂几何的长处,克服两种方法的缺点,为保证屏蔽系统优化设计的质量提供有力的技术支持。采用接口程序和MC自定义源抽样程序将SN计算得到的粒子角注量率转换为MC计算所需的源粒子信息,为下一步MC计算提供源项,实现三维SN-MC耦合输运计算。采用MC、SN、SN-MC耦合三种方法对直角坐标系和圆柱坐标系下的测试例题进行了计算比较分析。计算结果吻合良好,初步证明了所开发的三维SN-MC耦合程序的正确性。     

基于三维MC-SN耦合方法的PWR压力容器快中子注量计算基准分析

蒙特卡罗(MC)-离散纵标(SN)耦合方法是解决同时具有复杂几何和深穿透特点的核装置屏蔽问题的有效方法。本文首次将三维MC-SN耦合方法应用于压水堆屏蔽计算。针对NUREG/CR-6115压水堆基准模型,选取热屏蔽内表面为公共交界面,将其分为几何复杂的MC模拟区和具有深穿透特点的SN模拟区。三维MC程序用于精确描述堆芯到热屏蔽精细模型,并记录穿过热屏蔽内表面的中子径迹信息。接口程序将中子径迹转换为SN计算所需的边界源,提供给三维SN程序进行热屏蔽到压力容器的计算。计算结果包括压力容器内表面、1/4壁厚处及焊缝处快中子注量(E>1.0 MeV)圆周方向分布。三维耦合方法计算结果与基准报告提供的MCNP、DORT结果符合良好,验证了该方法处理圆柱坐标系屏蔽问题的有效性和程序使用的正确性。     

电子辐照加速器屏蔽墙中预埋管道倾角对辐射防护性能影响的蒙特卡罗计算

电子辐照装置屏蔽墙中总存在一些较大口径的管道如辐照电缆传输孔道,这些管道的存在势必会降低屏蔽体的局部屏蔽能力。为定量评估管道对屏蔽效果的影响,本文以3 MeV电子辐照加速器为例,采用蒙特卡罗MCNP程序分别模拟计算了电子打靶以后产生的能谱中1 MeV以下和1 MeV以上不同单能光子入射同一屏蔽体时,管道以不同角度穿透屏蔽墙时管道出口处及屏蔽墙外辐射场分布;并比较了在不同墙厚下这两个能段对管道出口处辐射场的影响程度。计算结果表明:不同单能光子入射屏蔽体,在管道穿墙角度≥45°时,管道出口处辐射场变化不再明显,对于1 MeV以下的低能光子在墙外的透射辐射场基本可忽略,对于1 MeV以上的能量光子,其墙外光子透射辐射场随角度增大影响显著;随着墙厚增加,低能光子衰减越显著,高能光子在管道穿墙夹角设计中越占据了主导地位。     

反应堆退役三维辐射场实时计算及可视化

本文基于DELMIA和VIRTOOLS平台开发的反应堆退役三维仿真原型系统,提出了仿真系统、数据库和计算内核既相互独立又集成统一的三维辐射场计算和可视化技术方案。利用点核积分算法建立了三维辐射场计算模型,得到了能量的对数与转换系数的多项式拟合公式,考虑了设备屏蔽和自吸收效应。采用VS语言和SQL server软件平台编制了三维辐射场计算程序,经验证,在关键点处的辐射水平计算值与测量值的比值小于10,并嵌入了仿真系统,实现了退役场景三维辐射场的实时计算和数据更新。提出了基于行走路径的人员受照剂量计算方法,并实现了可视化显示。     

基于蒙特卡罗方法与指数欧拉法耦合的反应堆三维燃耗计算程序的研发

燃耗计算在反应堆设计、分析研究中起着重要作用.一维、二维耦合燃耗程序因其几何限制难以满足先进反应堆精细设计分析的要求.本文研发了基于蒙特卡罗方法与指数欧拉法耦合的三维燃耗程序.程序采用编写耦合MCNP与FISPACT的接口程序的方法,结合了MCNP处理复杂几何能力强,FISPACT计算核素全面、能谱多样的特点,实现了考...     

基于NECP-MCX的蒙特卡罗-确定论耦合及权窗网格粗化方法研究

对于屏蔽计算的深穿透问题,由于仅有少量粒子能够穿透屏蔽层到达计数区,所以计算效率极低。为解决该问题,基于一致性共轭驱动重要性抽样方法研究了蒙特卡罗-确定论耦合方法（简称耦合方法）。本研究实现的耦合方法可以基于蒙特卡罗的组合实体几何建模,自动生成确定论SN计算所需的输入参数,利用SN共轭计算生成一致的源偏倚和权窗参数,提供给蒙特卡罗方法正向计算使用。同时耦合方法使用的基于网格的权窗在大规模问题中会遇到内存瓶颈,本文基于贡献因子理论,研究了自动网格粗化方法。新开发了嵌套网格的结构用于网格粗化,以节省权窗占用的内存,同时不影响权窗的效果。基于NECP-MCX程序实现了耦合方法和网格粗化方法。数值结果表明,对于HBR-2基准题,相比于MCNP程序的权窗自动生成方法,耦合方法的品质因子最高提高了2个数量级。在不影响计算精度和效率的前提下,可以将权窗网格最多减少为原来的1/226。      

点通量计算方法在人体内放射治疗剂量场计算中的应用

TPS(治疗计划系统)是内放射治疗的一个关键环节,通过精确的剂量场计算来优化种子源的数目和种植位置,使得靶区(病灶区域)获得尽可能均匀的有效剂量分布,同时最大限度减少正常组织和要害器官的受量。TPS中剂量场计算通常是将特定的包含靶区的计算区域分成若干微小的几何单元(离散化),然后利用蒙特卡罗方法计算每个单元中的沉积能量,进而最终转化成吸收剂量。但是当考虑计算靶区内某个点的吸收剂量时,直接计算该点的沉积能量非常困难,我们采用了蒙特卡罗方法计算该点的点通量,进一步求得该点的吸收剂量。我们计算了125I种子源在水中的剂量…     

三维离散纵标-蒙特卡罗耦合系统TDOMINO开发与验证

基于离散纵标和蒙特卡罗方法开发了三维离散纵标 蒙特卡罗耦合系统TDOMINO,其耦合形式灵活,可根据需要选择不同坐标系下的耦合方式进行计算分析。利用美国橡树岭国家实验室提供的HBR-2基准题,采用TDOMINO分别建立了直角坐标系和圆柱坐标系下的耦合模型进行验证计算,给出了反应堆辐照监督管处6种典型核素比活度的计算结果,与基准报告中提供的实验测量值和DORT、MCNP、TORT等程序计算结果相比,TDOMINO具有较好的计算精度,可用于解决复杂屏蔽计算问题。     

反应堆用核截面处理程序RXSP的研发与验证

反应堆用核截面处理系统(RXSP)除了具有共振重造、线性化以及能量/角度分布处理等功能外,还实现了快速多普勒展宽、热化库插值、OpenMP并行加速等关键方法和算法.程序验证表明,RXSP能够准确、高效地将ENDF/B库的中子评价核数据制作成堆用蒙特卡罗程序(RMC)计算所需的连续能量点截面库.与评价核数据库的数据处理系统(N JOY)处理生成截面库的微观比较和基准题的宏观验证表明,RXSP与N JOY具有相同的计算精度,而RXSP的处理时间则大大缩短,满足了反应堆物理-热工水力耦合计算中所需的多次大量材料的温度相关截面库更新的要求.此外,RXSP还能处理ENDF/B-Ⅶ.1中子截面库中R-matrixLimited格式的共振参数.     

基于中子首次裂变的MC/S_N耦合输运算法

外源驱动次临界系统是一类广泛存在且重要的核能系统。固有的射线效应和存在空间局部源,使得离散纵标(SN)法难以精确计算该类系统内的中子注量率。虽然蒙特卡罗(MC)方法可有效地模拟局部源问题,但存在计算效率较低的不足。因此,单一的SN方法或MC方法难以兼顾计算精度和效率。为充分发挥两种方法的优点,提出了以中子首次裂变为耦合点的MC/SN耦合算法。首先,采用MC方法模拟源中子在发生裂变反应之前的输运过程,并统计出首次裂变中子源;其次,采用SN方法求解对应于首次裂变中子源的输运方程;最后叠加两种方法计算的中子注量率,得到最终结果。算例表明,该耦合算法可有效地模拟外源驱动次临界系统的中子输运过程。