泛函展开计数在蒙特卡罗界面流角度谱计算中的应用

传统的蒙特卡罗模拟通常采用计数箱的方式计算界面流的角度谱。粗糙的计数箱划分难以详细描述界面流对角度的依赖关系;细致的计数箱划分则需很大的样本数才能得到满足要求的统计精度。新近发展的泛函展开计数方法将未知的计数量用1组正交函数展开到一定的阶数,通过蒙特卡罗模拟估计相应的展开系数。本文采用泛函展开计数方法计算界面流的角度谱。数值结果表明,这种方法能利用较少的样本给出界面流的角度谱的函数曲线较高精度的近似。对于复杂难算的问题,当需计算详细的界面流角度谱时,泛函展开计数方法是一很好的选择。     

解析函数展开节块法的数值稳定性分析

解析函数展开节块法是求解六角形几何堆芯中子注量率的常用方法,其核心思想是利用严格满足中子扩散方程的解析基函数,直接把节块内的各群中子注量率近似展开。研究发现,此方法在求解一些特殊问题时,出现计算发散的情况。针对此类问题,提出了两种解决方法：截断近似方法和泰勒展开方法。通过对改造后的VVER440基准题验证表明：这两种方法在保证计算精度的基础上很好地解决了解析函数展开节块法的数值不稳定性问题。     

小波尺度函数展开连续能量共振计算加速方法研究

小波尺度函数展开连续能量共振计算方法可以处理复杂的共振计算问题。该方法利用Daubechies小波尺度函数对共振能量段中子注量率的能量变量进行离散,将中子注量率的求解转化为求解一系列的展开系数的方程组;由于要求解大量的展开系数,该方法的计算效率很低。本研究采用离散方向概率方法求解展开系数。离散方向概率方法结合了特征线方法和流耦合方法的优点,具有较高的计算精度和效率。通过对压水堆栅元问题的数值检验,证明该方法能大大提高计算效率。     

用于C6D6测量系统的高精度权重函数计算方法研究

本文基于中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子束线(Back-n)的C₆D₆测量系统,以重要核素²⁰⁹Bi为研究对象,利用蒙特卡罗方法研究了样品厚度对权重函数求取精度的影响,并发展了求解C₆D₆探测器的点态权重函数技术。研究结果表明,目前Back-n上的C₆D₆测量系统权重函数的系统不确定度会随实验样品厚度的增加而迅速增加,而本工作得到的点态权重函数的系统不确定度在样品厚度增大到6 mm时仍小于0.5%,有利于提高厚样品实验数据的精度。本工作为将来在Back-n上开展如²⁰⁹Bi等高原子序数、小截面核素的中子辐射俘获截面的实验测量奠定了技术基础。     

基于能谱降阶模型的共振计算方法研究

传统的共振计算方法试图对能谱进行诸多近似和预测来实现有效共振自屏截面的计算，但传统方法存在精度与效率难以兼顾的问题。本文采用广义并群理论和降阶模型方法，挖掘复杂能谱的特征，降低共振计算的复杂程度。通过对典型背景截面的超细群能谱的提取，建立能谱样本空间。通过奇异值分解和低秩近似，有效获取代表能谱特征的正交基函数。通过求解考虑正交基函数分布权重下的宽群角通量展开系数，实现目标问题下超细群能谱的重构，并用精细能谱并群计算得到了有效共振自屏截面。初步结果表明，基于能谱降阶模型的共振计算方法能有效预测共振自屏截面，其计算效率与超细群方法相比具备一定的优势。     

用于换料方案快速评价的低阶谐波结合线性扰动展开法——理论模型

为解决核电厂装料方案优化搜索过程计算最大和耗时的难题,提出了用于装料方案快速评价的谐波结合线性扰动法.在该方法中,由核燃料倒换所引起的堆芯中子注量率空间分布变化,被区分为局部扰动和全局宏观倾斜两种效应,并分别采用扰动基函数和参考堆芯装载方案的低阶谐波基函数来近似表达.再通过剩余权重方法,将原本大规模矩阵特征值问题的求解转换成有关展开系数的小规模矩阵特征值问题求解,从而实现对堆芯装载方案的快速评价.     

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。      

基于解析节块法的三维多群六角形几何功率重构研究

解析节块法是将六角形节块内的每群中子注量率利用解析基函数展开,求得展开系数后可直接对六角形节块进行精细功率重构.应用上述理论模型,为堆芯程序HANDF-E编制了精细功率重构模块.利用VVER440基准题和三维4群热堆问题对该模块进行验证,并与多群蒙特卡罗程序MCMG进行比较.计算结果表明,该方法具有较高的计算精度.     

用于轻水堆扩散计算的格林函数节块展开法

提出一种用于轻水堆多维扩散计算的新方法─—格林函数节块展开法（ＧＮＥＭ），它是对节块展开法（ＮＥＭ）和节快格林函数方法（ＮＧＦＭ）的改进。参照ＮＥＭ把节块内偏中于通量用高阶多项式展开，利用格林函数求出节块表面偏中子通量与中子流的耦合关系，并用净中子流作为中间变量以简化计算。根据提出的理论编制了二维计算程序ＧＮＥＭ，对ＬＷＲ基准问题的数值计算表明，ＧＮＥＭ的计算精度与ＮＧＦＭ相当，而计算速度较ＮＧＦＭ和ＮＥＭ分别提高了１倍与１／３倍。应用ＧＮＥＭ取代ＰＳＵＩ－ＬＥＯＰＡＲＤ／ＡＤＭＡＲＣ中的扩散程序，对三里岛核电站（ＴＭＩ－１）的第１、第６循环进行了燃耗计算，其计算速度提高了３倍多，且具有更高的精度。     

三维离散纵标和蒙特卡洛混合方法研究

对于深穿透类型的屏蔽计算,为了得到较为可信的统计结果,蒙特卡洛(MC)方法需要模拟大量的粒子,巨大的计算时间是其存在的主要问题。源偏倚和权窗技巧能够有效地降低深穿透问题的计数误差。本文开展了三维离散纵标(SN)方法-MC混合方法研究,根据SN方法的共轭注量率计算并生成了源偏倚和权窗参数,编写了MCNP程序的源抽样子程序,并且在秦山核电厂一期测量值基础上进行了验证,成功应用到CAP1400反应堆压力容器快中子注量率计算中。数值结果表明,对于深穿透屏蔽计算问题,和无偏的MC方法相比,三维SN-MC混合方法能够在保证结果精度的前提下,提高计算效率1~2个数量级。     

适用于光厚、强散射介质的SN方程快速求解策略

为实现反应堆大厂房屏蔽问题的快速计算,需要建立一种能够尽可能减少数值负注量率、保证迭代格式的线性特性、同时能够在较大的网格内取得良好精度、计算量较小的离散纵标方法（SN）空间离散格式。本研究基于单群SN固定源输运方程的空间解析解,采用解析基函数展开方法实现SN空间离散;为了提高计算效率,采用权重系数方法,避免单个网格内大量的指数运算;研究高阶源项的计算方法,提高数值计算精度;最后基于Krylov子空间方法实现自散射源项的快速迭代计算。数值结果表明该方法可在材料区域较为均匀的光厚介质中取得较大的优势,可用于反应堆大厂房屏蔽问题的快速计算。      

HPGe探测器探测效率对γ能量及其探测距离的相关性研究

为了探究高纯锗谱仪探测效率与γ能量和探测距离的普适函数关系,本工作利用标准源133Ba、137Cs和60Co,刻度了探测器在高能段(E160ke V)的效率曲线;并通过调节探测器与标准源的距离,研究了效率曲线与探测距离的变化关系;最后通过拟合所有实验测量点,得到了普适函数关系式。为减小统计误差,各特征γ的全能峰计数大于2.0×105;同时利用了强源干扰法对较大死时间数据进行了修正。该结果可为开展大规模非标样品的实验测量和体样本探测效率的模拟计算提供参考。     

三维并行首次碰撞源模块研制

为了解决首次碰撞源方法对于大规模网格计算效率低以及近源区存在较大计算误差的问题,研制了三维并行首次碰撞源模块。该模块采用区域分解方法实现三维首次碰撞源并行计算,利用自适应源区网格加密方法降低近源区的计算误差。计算结果表明,并行计算有效地提高了计算效率,140核并行计算时,并行效率可达66.89%,自适应源区网格加密方法很好地降低了近源区的计算误差。      

在4πβ—γ符合技术中应用β谱计算效率外推曲线

应用费米理论计算了６０多种核素的β谱形、计数效率。为了发现效率外推中存在的Ｂ类不确定度，计算了斜率（１－Ｋ）和归一化效率函数。这里给出了＾１４７Ｎｄ和＾１３４Ｃｓ的计算和实验结果。当可达到的最高效率低时，用计算结果改善了外推准确度。     

在4πβ－γ符合技术中应用β谱计算效率外推曲线

应用费米理论计算了６０多种核素的β谱形、计数效率。为了发现效率外推中存在的Ｂ类不确定度，计算了斜率（１－Ｋ）和归一化效率函数。这里给出了￣（１４７）Ｎｄ和￣（１３４）Ｃｓ的计算和实验结果。当可达到的最高效率低时，用计算结果改善了外推准确度。     

注量展开节块法求解三维六角形几何中子扩散方程

提出了一种在三维六角形几何节块内数值求解中子扩散方程的节块法该方法把节块内各群中子注量分布用解析基函数近似展开为了改善节块耦合关系．提出了,一种新的节块边界条件：面平均偏流零次矩和一次矩同时保持连续。此外．将响应矩阵技术应用于迭代求解过程,使得该方法具有较高的计算效率基于本文提出的模型,发展了三维六角形组件中子扩散计算程序FEMHEX。通过对二维、三维VVER基准问题校验计算表明,该方法能高效．准确的给出有效增殖系数以及节块功率分布。     

矩形网格下基于准扩散的堆芯pin-by-pin计算研究

随着堆芯中子学计算对精度要求的不断提高,基于栅元均匀化的pin-by-pin方法成为国内外研究热点。由于pin-by-pin计算巨大的空间网格量及栅元层面较强的非均匀性,目前常用的SP3/GSP3方法在平衡计算精度和计算效率方面还存在一定局限性,为此有必要寻找一种同时考虑计算精度与效率的堆芯计算方法。基于准扩散的堆芯pin-by-pin计算方法从中子输运理论出发,引入艾丁顿因子推导建立三维准扩散方程及边界条件,研究该方程泄漏项的特殊处理方法,同时基于节块展开法建立堆芯pin-by-pin数值计算方法并验证。数值结果表明,对于结构复杂、中子各向异性显著的堆芯,准扩散pin-by-pin计算精度要明显优于传统扩散计算,而两者计算效率相当。该方法是一种平衡了堆芯计算效率与精度的计算方法,为准扩散理论应用于堆芯pin-by-pin计算提供了基础。     

角度自适应离散纵标输运计算方法

精确的屏蔽计算方法是核装置辐射屏蔽设计的重要基础,离散纵标法(S_N)是主要的屏蔽计算方法之一。本文基于价值理论的目标导向与角度自适应相结合的方法,有效地减弱了角度的离散误差。求解输运共轭方程获得目标函数的重要性分布,采用局部角度离散误差与目标函数的重要性加权,产生后验误差估计,为角度自适应过程提供判断依据。角通量密度的映射采用多项式权重法和球谐函数拟合法。数值结果表明,对于具有直孔道或曲折孔道的屏蔽问题,在相同精度下离散角度数减少了1～2个数量级,极大地减少了计算量。角度自适应方法以较少的离散方向获得了准确的计算结果,有效地减弱了角度离散误差对屏蔽计算精度的影响。     

全局减方差方法的HBR-2基准题应用

对于深穿透类型的屏蔽问题，在合理的时间内计算得到可信的结果对于蒙特卡罗(MC)方法是一个巨大的挑战。基于离散纵标(S_N)方法的局部和全局减方差方法能有效降低MC计算深穿透问题的计数误差。本文基于HBR-2基准题比较了全局减方差方法和局部减方差方法的计算效率。结果表明，对于HBR-2基准题，局部和全局减方差方法均取得了较好的结果。全局减方差方法1次计算即可同时优化辐照监督管和堆外探测器的计数，因此实际应用更加方便和高效。     

点源空间效率函数法层析γ扫描无源效率刻度

介绍了基于点源空间效率函数的层析γ扫描(TGS)无源效率刻度方法。利用TGS系统MCNP模型计算探测空间120 cm×60 cm×50 cm和γ能量0.01～1.408 MeV的点源空间效率,建立点源空间效率函数及参数,采用体素中心点源效率等效法,实现体素效率矩阵计算。结果表明:5种γ能量在探测空间507个位置处的效率测量值和函数计算值具有较高相关性,说明该方法能够准确、快捷地实现TGS体素无源效率刻度。