基于直接求导方法的中子活化计算不确定性研究

在中子活化计算中，由于输入核数据存在一定的固有不确定性，这将对计算结果产生一定的影响。而计算结果的不确定度对核设施源项分析、辐射屏蔽设计发挥着重要的作用。首先研究了用于不确定性分析的直接求导方法和Gear算法，随后进行了活化系数矩阵以及敏感性系数矩阵的构造，最后利用Gear算法同步求解活化方程组和敏感性方程组，得到核素存量对于核数据的敏感性系数，并结合核数据的相对不确定度得出核素存量的相对不确定度。将本工作研发的方法集成到中子活化程序ABURN中，并选取典型例题进行了测试验证。结果表明：ABURN程序对于核素存量及其敏感性系数与相对不确定度的计算结果，与解析解和欧洲活化程序FISPACT数值解的计算偏差很小，绝大部分偏差不超过0.2%，最大偏差不超过1%，说明此方法和程序具备了高精度分析核素存量的敏感性和不确定性的能力，能够为核设施辐射防护以及源项分析工作提供工具和数据支持。     

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。     

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。     

CRAM在放射性核素存量计算中的应用

在反应堆中,组成材料的稳定核素经受强中子辐照后,会被活化成放射性核素。这些核素及其衰变产物对工作人员的职业辐照剂量具有重要贡献。为了更好地进行人员的辐射防护工作,需要对放射性核素的存量进行精确计算。相对于核素平衡方程的其它求解方法,切比雪夫有理逼近方法(Chebyshev Rational Approximation Method,CRAM)在计算精度和效率方面具有综合性优势。首先介绍了CRAM的基本理论,随后选取典型的例题进行了测试验证。与解析解对比的结果表明,采用CRAM进行中子辐照下的核素活化衰变计算能够取得不错的效果,但是用于核素长期衰变计算可能导致计算错误。针对此问题,将收缩乘方技术与CRAM相结合,取得了正确的计算结果,拓展了CRAM的适用范围。     

基于切比雪夫有理近似方法的点燃耗程序开发

基于切比雪夫有理近似方法（CRAM）开发了点燃耗求解程序。程序采用2套燃耗数据库，精细燃耗数据库和简化燃耗数据库，并将点燃耗程序与输运系统耦合。计算了定注量率辐照问题和衰变问题，以及JAEA轻水堆基准题，计算结果与国际知名程序对比。结果表明，程序在定注量率辐照问题和衰变问题的计算上，核子密度精度与ORIGEN2相当，单栅元和组件计算结果与HELIOS1.11以及参考解吻合良好。      

基于离散纵标输运计算方法的三维燃耗程序发展研究

为了精确描述和分析具有强烈各向异性中子注量率空间分布的反应堆燃耗过程,本文实现了三维SN 输运计算与燃耗计算的耦合,发展了相应的三维输运燃耗耦合计算程序.该程序系统采用接口程序自动耦合三维SN输运计算程序和同位素燃耗计算程序的方法实现对三维中子学计算模型的精细燃耗计算,获得燃料同位素成分、燃耗反应性、中子注量率空间分布等参数随燃耗时间的变化量.采用IAEA 基准校核例题对程序系统进行了校核,计算结果初步证明了所开发的三维燃耗程序系统的正确性.     

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)。     

几种常用燃耗方程组求解方法的性能对比分析

为求解点堆燃耗方程组,通过自主编程燃耗计算模块,分别采用Chebyshev有理近似方法(Chebyshev Rational Approximation Method,CRAM)、Padé近似方法、Krylov Subspace方法以及线性子链法(Transmutation Trajectory Analysis,TTA)对不同规模的点堆燃耗系统进行燃耗计算,并与高精度下16阶系数的CRAM的结果进行对比分析。结果表明,CRAM能够高效地获得精确的计算结果,而且其系数阶数越高,精度越高,步长稳定性越高,因此目前燃耗计算多采用这种方法;Padé近似方法在双精度下对于中小规模燃耗系统能够快速获得精确结果,受步长影响小,而对于大规模燃耗系统需要采用高精度计算,且受步长影响也小;Krylov Subspace方法在双精度下可准确求解中小规模燃耗矩阵,但不适用于大规模燃耗求解;TTA适用于求解各规模燃耗方程,但由于线性链的简化,相对参考值精度较低,求解速度相对较慢。本文所获结果对于不同燃耗计算系统的开发及应用具有较好的借鉴意义。     

基于切比雪夫有理逼近方法的蒙特卡罗燃耗计算研究与验证

燃耗计算在反应堆设计、分析研究中起着重要作用。相比于传统点燃耗算法,切比雪夫有理逼近方法(Chebyshev rational approximation method,CRAM)具有计算速度快、精度高的优点。基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统Super MC(Super Monte Carlo Simulation Program for Nuclear and Radiation Process),采用切比雪夫有理逼近方法和桶排序能量查找方法,进行了蒙特卡罗燃耗计算的初步研究与验证。通过燃料棒燃耗例题以及IAEA-ADS(International Atomic Energy Agency-Accelerator Driven Systems)国际基准题,初步验证了该燃耗计算方法的正确性,且IAEA-ADS基准题测试表明,与统一能量网格方法相比,桶排序能量查找方法在保证了计算效率的同时减少了内存开销。