基于CRAM的压水堆燃耗程序开发及验证

本文基于Cinder90燃耗数据库开发了燃耗求解程序MCRAM，并耦合MCNP程序对重要的锕系核素和裂变产物核素的反应截面进行了修正。以OECD/NEA乏燃料成分基准数据库中的Takahama-3压水堆燃料组件为基准题，对MCRAM程序的计算结果进行了验证，并与其他程序的计算结果进行了比较。结果表明，MCRAM程序对重要裂变产物和主要锕系核素的计算结果相对偏差小于5%，计算精度与ORIGEN2程序的相当。与此同时，同一例题的计算效率MCRAM较之MCNTRANS程序提高了近200倍。     

基于组件计算的燃耗实验基准题建模分析

组件计算在堆芯核设计中占有重要地位。组件程序的燃耗计算精度对核反应堆堆芯的功率分布、换料寿期及反应性控制设计方面具有重要意义。为了评估用于堆芯燃耗计算的多群常数库的准确性,本文运用DRAGON计算程序建立了燃耗实验计算模型,采用SFCOMPO-2.0燃耗实验基准题提供的乏燃料样品燃耗历史参数及最终核素组分信息,对Takahama-3反应堆、H.B. Robinson-2反应堆及Beznau-1反应堆系列样品进行了建模计算,并将计算结果与SFCOMPO-2.0数据库中的基准实验结果进行了对比和分析。结果表明:多数核素的模拟结果与基准值符合良好,误差在10%以内。同时本文对理论计算值与基准实验值存在差异较大的几种核素进行了相应讨论,并对样品计算结果进行了对比分析。     

基于CRAM的压水堆燃耗程序开发及验证

正基于CRAM方法开发了燃耗求解程序MCRAM,利用Cinder90燃耗数据库生成了3 400阶燃耗矩阵(图1),并耦合MCNP程序对重要的锕系核素和裂变产物核素的反应截面进行了修正。以OECD/NEA乏燃料成分基准数据库中的Takahama-3压水堆燃料组件为基准题,对MCRAM程序的计算结果进行验证,并与其他程序的计算结果进行比较。结果表明,MCRAM程序对重要裂变产物和主要锕系核素的计算结果相对误差小于5%,计算精度与ORIGIN2程序的相当(图2)。     

COSINE软件包组件计算程序LATC的燃耗计算模块开发与验证

燃耗计算是反应堆组件参数计算程序的核心功能之一,其计算精度直接影响堆芯物理计算精度。本文系统研究了组件参数计算程序中燃耗计算方法,建立了燃耗计算理论模型,给出了能有效解决燃耗方程刚性的数值方法,根据此方法编制了LATC程序的燃耗计算模块并进行了数值验证。计算结果表明,该燃耗计算模块精度较高,在大燃耗步、深燃耗下仍可得到合理可信的结果。     

基于VENUS-2临界基准的CosMC程序验证

堆芯中含有大量经过多个循环、燃耗较高的钚燃料时,堆芯中子学特性会发生变化。为了验证目前核数据库及现有程序对这种情况的计算精度,经济合作与发展组织核能机构(OECD/NEA)提出了VENUS-2基准实验。Cos MC程序是专门用来进行反应堆计算的蒙特卡罗程序,可以处理复杂几何模型。本文采用最新核数据库及Cos MC程序对VENUS-2基准进行了计算,计算结果与其他程序做了对比,结果表明:Cos MC的计算结果与实验测量值以及其他程序计算的部分结果符合的较好,说明用Cos MC程序计算含混合氧化物(MOX)燃料堆芯的临界问题是可行的。     

基于切比雪夫有理近似法的燃耗程序开发

基于切比雪夫有理近似法(CRAM)对燃耗方程进行求解,采用EAF数据库,开发了燃耗程序ABURN。计算了聚变堆第一壁活化例题和UO2燃料燃耗例题,并将ABURN程序的计算结果与欧洲活化程序FISPACT进行对比。结果表明,ABURN程序可达到FISPACT程序同等精度,并且由于采用了CRAM,程序在燃耗步设置方面具有高度的灵活性,初步验证了ABURN程序的可用性与准确性。     

基于高阶CRAM的燃耗程序开发与验证

本文基于高阶切比雪夫有理近似方法（CRAM）研制了点燃耗程序ICRAM，并内耦合于蒙特卡罗输运程序OpenMC，形成了一套燃耗计算分析程序OPICE。与传统部分分式分解（PFD）形式的CRAM相比，高阶不完全局部分解（IPF）形式的CRAM具有数值稳定性好、计算精度高和步长包容性更好等特点，满足高保真燃耗计算发展的需求。为提高耦合计算精度，OPICE采用了预估-校正和子步法两种耦合策略，支持纯衰变、定通量和定功率3种计算模式。通过OECD/NEA压水堆栅元燃耗基准题和快堆燃耗基准题的验证，程序计算结果与实验值及各参考值吻合良好，初步验证了OPICE的正确性与有效性。     

基于最佳一致逼近多项式的燃耗计算方法研究

本文研究了一种基于最佳一致逼近多项式（MMPA）的燃耗计算方法求解燃耗方程。相比于切比雪夫有理近似方法（CRAM）和围道积分有理近似方法（QRAM）,MMPA方法只需一次矩阵求逆计算即可求解燃耗方程,且所有计算都是实数运算,具有数值稳定性好、求解效率高等优点。进一步研制了基于MMPA方法的点燃耗程序AMAC,并耦合蒙特卡罗输运程序OpenMC,采用衰变例题、固定辐照例题、OECD/NEA压水堆栅元燃耗基准题和沸水堆组件燃耗基准题进行验证,程序计算结果与实验值及各参考值吻合良好,初步验证了MMPA方法在理论和数值上的正确性和有效性。     

TOPAZ-Ⅱ反应堆燃耗计算研究

TOPAZ-Ⅱ属于结构紧凑、不均匀性较强的小型反应堆,它的燃耗计算不宜采用确定论程序。本工作利用日本原子力研究所开发的蒙特卡罗燃耗计算程序MVP-BURN,根据TOPAZ-Ⅱ的特点制定了合理的计算模型与方案,完成了较细致的燃耗计算,并给出了较全面的结果。本工作所建立的燃耗计算方法可为其他类似反应堆的燃耗计算提供方法上的参考。     

快堆三维节块法程序燃耗模块的开发

快堆三维节块法程序(HND)由于其在计算精度和计算时间上的优越性,在中国实验快堆CEFR的初步设计和施工设计中都起了很大的作用。但是,三维节块法本身不具备燃耗计算的功能。本文的主要内容是对三维节块法添加燃耗计算的模块,并采用IAEA基准例题和中国实验快堆的对比计算进行检验。记算带有燃耗模块的HND为HNDB,结果表明,HNDB在燃耗计算中有较好的计算结果。     

Speed-up of cross-section collapsing with weight-window for subcritical burnup calculation

In the author’s group, a fusion–fission (FF) hybrid energy system has been analyzed using our own burnup calculation system consisting of Monte Carlo transport code MCNP-4C and point burnup code ORIGEN2.1. Since the neutron energy spectrum changes along with progress of burnup in a subcritical system, it is necessary to update one-group cross-section library in each burnup step. The one-group cross-sections are normally updated by collapsing the evaluated nuclear data such as JENDL and ENDF using a neutron flux calculated by an appropriate transport code such as MCNP. The collapsed cross-sections are handed over to ORIGEN, and the reaction rates for burnup of elements are thereafter estimated accurately.As well known, MCNP generates track-length (TL) data in the neutron transport calculation, which are base data to estimate the neutron flux. We thus use the track-length data directly instead of the calculated neutron flux, in order to evaluate the reaction rate as accurately as possible. However, the number of TLs becomes extremely large and thus it takes a longer computation time. We therefore reduce the number of TLs used in the cross-section collapsing process as far as the accuracy is conserved. However, in some energy region the number of TLs is inversely too small to conserve the original cross-section accuracy of the evaluated nuclear data files, because the number of TL data per unit energy is smaller than that of the nuclear data.In the present study, the weight-window (WW) technique of MCNP was applied to our burnup calculation system in order to control the number of TLs in such an energy region artificially and to complete the collapsing process accurately in the whole energy region. As a result, the variance of the calculated neutron flux thus deteriorates slightly, but the number of TLs could be successfully adjusted to conserve the accuracy of the nuclear data file in the whole energy region. And the accurate reaction rate estimation for burnup with MCNP was finally realized and simultaneously the computation time could be saved reasonably.     

高通量工程试验堆临界蒙特卡罗计算

用新研制的三维多群P3 中子输运蒙特卡罗程序MCMG ,通过与栅元均匀化WIMS程序耦合 ,计算反应堆临界 燃耗问题。高通量工程试验堆 (HFETR)临界计算取得了与MCNP程序和实验一致的结果 ,且在相同计算精度下 ,MCGM计算时间较MCNP计算时间少数倍。     

Validation of IRBURN calculation code system through burnup benchmark analysis

Assessment of the reactor fuel composition during the irradiation time, fuel management and criticality safety analysis require the utilization of a validated burnup calculation code system. In this work a newly developed burnup calculation code system, IRBURN, is introduced for the estimation and analysis of the fuel burnup in LWR reactors. IRBURN provides the full capabilities of the Monte Carlo neutron and photon transport code MCNP4C as well as the versatile code for calculating the buildup and decay of nuclides in nuclear materials, ORIGEN2.1, along with other data processing and linking subroutines. This code has the capability of using different depletion calculation schemes.     

球床高温堆平衡态燃耗计算程序的开发

基于MCNP5和ORIGEN2耦合方法,开发了平衡态下球床高温堆的燃耗计算程序PBRE,用于堆的性能价值分析。为节省蒙特卡罗计算时间,对迭代收敛的方法进行优化,使之可在10个迭代步内收敛。使用PBRE对清华大学HTR-10进行建模计算,得到的平均卸料燃耗深度与文献报道值一致,表明PBRE程序适用于球床堆平衡态的燃耗分析。     

反应堆临界-燃耗耦合蒙特卡罗计算

基于连续点截面MCNP程序 ,研制了三维多群P3 中子输运蒙特卡罗程序MCMG ,并与栅元均匀化程序WIMS耦合 ,实现了临界 燃耗耦合计算。采用WIMS产生的 69群共振、自屏宏观中子截面和BUGLE 80u47群微观中子截面 ,分别计算了简单反应堆和临界实验堆问题 ,计算结果与其它输运方法的计算结果和试验结果一致。在相同计算精度下 ,MCMG的计算时间较MCNP的计算时间少     

DRAGON&DONJON程序在MSR中堆芯燃耗计算的适用性

DRAGONDONJON组件-堆芯"两步法"程序通过合理简化,理论可适用于任何堆芯与工况。使用蒙特卡罗方法 RMC(Reactor Monte Carlo code)、MCNP(Monte Carlo Neutron Particle transport code)程序验证DRADON程序是否能够承担快/热谱型熔盐堆(Molten Salt Reactor,MSR)焚烧TRU、Th U燃料燃耗计算。选出熔盐增殖堆(Molten Salt Breeder Reactor,MSBR)与熔盐锕系元素再循环和嬗变堆(Molten Salt Advanced Reactor Transmuter,MOSART)堆型进行比较,同时分别利用RMC程序验证DRAGON程序组件燃耗计算的准确性,利用MCNP程序验证DRAGON程序组件均匀化方法以及DONJON程序截面调用和程序全堆扩散的准确性。结果表明,组件燃耗计算中,TRU和Th U燃料满足燃耗计算要求;堆芯临界计算中,快/热谱堆芯计算误差均小于0.001。证明DRADON程序可以胜任快、热谱型MSR焚烧TRU、Th U燃料的物理计算任务。     

基于蒙特卡罗方法的三维燃耗计算研究

采用通过编写连接MCNP程序和ORIGEN2程序的接口处理程序的方法进行快中子系统的燃耗计算。由MCNP、ORIGEN2、接口处理程序和截面文件组成的软件系统可用于燃料或堆芯非均匀布置快中子系统的燃料同位素成分和燃耗反应性损失计算,在燃耗反应性损失计算中采用了伪裂变产物的方法。介绍程序系统的研制情况,并给出用该软件系统计算中国实验快堆首炉堆芯和OECD/NEAMOX燃料快堆基准题的燃耗计算结果。     

反应堆组件参数计算程序中燃耗方程数值解法研究

本文介绍了组件参数计算程序中燃耗计算理论模型,给出了求解燃耗方程的两种数值方法,编制了相应的计算程序,并将其计算结果与解析解的计算结果进行了对比分析,验证了两种数值方法的有效性。对两种数值方法的计算效率进行了比较,结果表明：两种数值方法均能取得较高的计算精度,但在计算速度及对初始时间步长取值的限制方面,Rosenbrock方法明显优于龙格库塔方法。