基于JMCT的大亚湾核电站反应堆精细建模与计算

基于通用型蒙特卡罗中子-光子耦合输运程序JMCT搭建了大亚湾核电站反应堆精细模型,计算了有效增值因子(keff)和部分局部计数量,并和蒙特卡罗粒子输运程序MCNP的结果比对。结果显示,计算量相对误差均小于10-3量级,吻合度较高,验证了JMCT大规模精细几何建模和几何处理的能力。     

核电厂反应堆压力容器和主管道焊缝残余应力分析

综述了现有的反应堆压力容器和主管道焊缝残余应力的测试结果和残余应力选取的实践经验。对于反应堆压力容器环焊缝,残余应力沿壁厚呈余弦分布,其最大值可取为60MPa。对于主管道对接环焊缝,最大残余应力区域通常位于在焊缝中心线且靠近管道外表面,而运行过程中的缺陷常出现在内表面区域,在进行安全性评价时焊缝最大残余应力可取为100MPa。     

JMCT2.0程序临界屏蔽验证计算与分析

JMCT2.0是北京应用物理与计算数学研究所自主研发的三维蒙特卡罗粒子输运程序,本文采用三种自设模型对JMCT2.0开展校验计算,并将JMCT2.0计算结果与MCNP结果进行对比分析。验算模型包括临界计算、中子屏蔽和光子屏蔽计算三种模型。结果表明,JMCT2.0计算结果与MCNP结果吻合较好,其中临界计算结果偏差在0.1%以内;中子屏蔽计算结果偏差在1.8%以内;光子屏蔽计算结果偏差在2.1%以内,初步验证了JMCT2.0程序临界及屏蔽计算的正确性。     

秦山核电厂反应堆压力容器水压试验应变测量与分析

对秦山核电厂反应堆压力容器出厂水压试验测点布置作了说明,与一回路系统水压试验位移测量的主要结果作了分析对比,给出了实测载荷与主螺栓测试数据,讨论了表征密封性能的法兰转动,认为出厂水压试验此项结果有错.     

船用反应堆屏蔽设计的可视化与快速计算功能开发

船用反应堆的屏蔽设计问题直接关系到核能能否安全的用作舰船的动力系统。MCNP在船用反应堆的屏蔽计算中应用十分广泛,但其输入程序的编写及输出结果的整理较为繁琐,为了使用户更加简便的编写MCNP输入文件,直观的分析输出结果,本文开发了针对MCNP输入与输出文件的可视化软件。此外,在船用反应堆的屏蔽设计过程中需要MCNP进行大量屏蔽计算,所耗时间过长,为了实现在一定误差范围内的快速计算功能,本文采用BP神经网络模拟学习MCNP的计算过程,仅需给出指定的输入变量即可预测屏蔽计算输出结果,解决了MCNP计算耗时过长问题,提高了屏蔽设计优化效率。     

基于BP神经网络的船用反应堆屏蔽设计快速计算功能研究

船用反应堆的屏蔽设计问题直接关系到核能能否安全的用作舰船的动力系统,而在屏蔽设计问题中屏蔽计算是十分重要的环节。为了实现在一定误差范围内实现快速计算功能,采用BP神经网络模拟学习MCNP的计算过程,仅需给出指定的输入变量即可预测屏蔽计算输出结果,解决了MCNP计算耗时过长问题,提高了屏蔽设计优化效率。     

反应堆中子注量率相对分布测量系统铅屏蔽计算分析

为批量化测量探测片活性,设计了多道中子注量率相对分布测量系统。每一个NaI探测器测量一个探测片,探测器之间采用铅屏蔽。为了消除其他通道探测片对本通道探测片测量结果的影响,通过设计保证邻近通道活化探测片对本通道干扰小于0.05%。本文采用点源积分方法计算(经蒙特卡罗模拟验证),并确定了满足屏蔽要求的铅屏蔽体尺寸。     

离散纵标与蒙特卡罗耦合方法在反应堆屏蔽计算中的应用

建立基于离散纵标方法计算程序DOT以及蒙特卡罗方法计算程序MCNP的耦合方法。通过为MCNP程序SSR命令提供二进制源描述文件,实现在不重新编译MCNP程序条件下的离散纵标与蒙特卡罗耦合。在600 MW核电厂反应堆堆坑小室屏蔽计算中应用耦合方法的计算结果验证该方法的正确性。在耦合方法中研究探索源偏倚策略的实现方式,计算结果表明,源偏倚技术应用与离散纵标与蒙特卡罗耦合方法计算中,能有效降低统计方差,提高计算效率。     

反应堆冷却剂系统辅助管道缺陷焊缝疲劳分析与评价

根据某核电厂反应堆冷却剂系统辅助管道核1级焊缝的在役检查结果和施工设计阶段应力分析结果,确定了疲劳分析与评价的典型缺陷焊缝.依据WRC502的实验结果和RCC-M规范,提出了用于疲劳分析的含热(微)裂纹效应的疲劳曲线.在此基础上,对机组运行5 a的瞬变统计次数与设计瞬态次数进行了对比研究,采用优化疲劳分析方法对典型缺陷焊缝进行了疲劳分析与评价.评价结果表明:辅助管道核1级焊缝在核电厂运行10 a内不会发生疲劳失效.     

基于不同数据库的反应堆堆芯源项计算分析

堆芯内的核燃料在裂变过程中产生大量的放射性物质,ORIGEN-S可以采用多种数据库计算堆芯内放射性物质的积累和衰变,如Card-image数据库、二进制数据库以及ORIGEN-ARP通过插值产生的ORIGEN-S截面数据库。详细介绍了各数据库的基本情况,并采用Card-image数据库和ORIGENARP数据库,对比计算了反应堆堆芯放射性核素的活度,分析了典型核素的放射性活度随燃耗的变化。计算结果表明:不同数据库对各种核素的放射性活度计算产生了不同的影响,与Card-image库相比,采用ARP插值生成的数据库计算的小部分核素放射性活度偏大,而核素134 Cs、136 Cs放射性活度小15%左右。随着燃耗的加深,ORIGEN-S采用不同数据库计算的核素放射性活度差值逐渐增大,但核素放射性活度的比值随燃耗的增大呈现不同的变化规律。     

JMCT蒙特卡罗中子-光子输运程序全堆芯pin-by-pin模型的模拟

几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN实体组合几何框架自主开发研制的三维中子 光子输运蒙特卡罗程序JMCT,通过空间区域分解和嵌套并行,完成了对大亚湾核电站1号机组反应堆全堆芯pin-by-pin模型的建模和模拟,计算给出了每个pin的注量率分布及其误差。     

Parallelization of Monte Carlo Code MCACE for Shielding Analysis and Estimation of Its Efficiency by Simulator

An improved coarse-mesh discrete ordinates method has been developed for three-dimensional hexagonal transport calculations of high-conversion light water reactors and fast reactors. This method employs a new weighted diamond difference approximation which is obtained by using the neutron balance equations in divided submeshes. The weight is a function of neutron direction and scaler flux, and this method can be easily incorporated into conventional discrete ordinates transport codes.

The present method was applied to hexagonal fuel assembly calculations of high-conversion reactor and fast reactor core calculations, and the results were compared with those of Monte- Carlo calculations. The values of kefi and power distributions agreed with each other within 0.5 and 3%, respectively, verifying accuracy of the present improved coarse-mesh discrete ordinates transport calculation method.     

Radiative Heat Deposition Analysis of Fusion Reactor First Wall by Monte Carlo Transport Code

Heat flux distribution on the first wall of a fusion reactor due to the thermal radiation from high temperature protection wall placed in front of the first wall was analyzed. With necessary modifications, a three-dimensional Monte Carlo transport code developed for neuronics calculation was successfully applied in the analysis. That is, reasonable results with sufficiently small statistical error were obtained with reasonable computational time. The heat flux distribution was found to be insensitive to the reflection characteristic of the radiation at the first wall i. e. diffusive or specular.     

基于蒙特卡罗和CFD耦合模拟的空间锂冷核反应堆设计分析

为了满足未来深空探测的需求,中科院核能安全技术研究所提出5.2 MWt轻量化的空间锂冷核反应堆初步设计方案.该方案采用-体化式堆芯设计、非均匀锂冷却剂流道,以及由硼粉和控制棒组成的控制系统.在SuperMC多物理耦合框架下,基于随机逼近耦合求解策略,通过蒙特卡罗中子输运和计算流体力学CFD耦合的高保真耦合模拟方法对该空...     

MC法优化设计~(252)Cf中子源辐射屏蔽装置

利用MCNP5程序构建了屏蔽装置模型,并模拟了聚乙烯、含质量分数10%硼的石蜡、重水、石墨和铅等材料的中子慢化和屏蔽效果,以及铁对γ射线的屏蔽效果。当中子慢化剂聚乙烯的厚度达5 cm时,透过慢化层发射出的中子注量率达到最大值为5.40×10-4m~(-2)s~(-1)。中子屏蔽层含硼石蜡厚度为33 cm并且γ屏蔽层铁厚度为4 cm时,由中子和γ射线产生的年有效剂量之和满足国家标准相关限值要求。     

基于蒙特卡罗方法的环氧树脂基屏蔽腻子优化设计及应用研究

本文针对船用核反应堆辐射场特点、屏蔽防护需求和使用环境条件,开展了屏蔽腻子的优化设计及应用研究。选用耐腐蚀防霉变优异、粘结度强、无毒性的双酚A环氧树脂和脂环胺固化剂作为基体材料,添加粒径约100μm的铅、聚乙烯、碳化硼等屏蔽添加剂提高屏蔽腻子的辐射防护性能。采用蒙特卡罗方法对屏蔽腻子的主要成分配比进行了优化设计。计算结果表明,碳化硼含量为5%~15%、铅含量为80%时,中子的慢化与吸收达到平衡,较高的铅含量大幅增强了其对γ射线及次级γ射线的屏蔽防护能力,使屏蔽腻子对235 U诱发裂变源的综合辐射防护能力达到最佳水平。消泡剂、分散剂、流平剂、促进剂等加工助剂的添加对屏蔽腻子快速固化、气泡排除、混合均匀、成型致密光滑起到了重要促进作用。通过样品试制和试验测试,证明了优化设计的屏蔽腻子具有优异的屏蔽性能、耐辐照老化性能、固化成型质量、粘结强度、混合浇灌施工便捷性能等,能有效满足船用核反应堆等设施屏蔽缝隙处及不规则部位的辐射防护使用需求。     

基于蒙特卡罗方法的微型钠冷快堆堆芯物理设计计算

应用MCNP-4C程序为微型钠冷快堆(MFR)概念设计建立了精确的物理计算模型,并对其临界物理特性、中子注量率分布、功率分布和反应性控制进行详细计算.结果表明:MFR的基本物理特性满足堆芯物理设计要求和设计目标,堆芯功率密度和中子注量率分布均匀合理;控制系统能实现安全有效的反应性平衡,满足反应堆长期运行的需要.     

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。     

Monte Carlo Simulation Study on Impact of AFOV and Crystal on Scatter Fraction and Sensitivity of PET

Long axial field of view (AFOV) PET is the development direction of future PET. The purpose of this paper is to simulate PET using GATE toolkit to evaluate scatter fraction (SF) and sensitivity for different AFOV and different crystal materials according to NEMA NU2-2012 protocol. The simulation results were compared with the experimental results. The simulation results are in accordance with experimental results, and the reliability of the simulation is verified. As the AFOV increases, the sensitivity also increases, but this increase is non-linear and changes most significantly at a certain length, and the axial length of the most obvious sensitivity change is different for different PET. The crystal with the best sensitivity is LuAP, and the YAP crystal has the lowest sensitivity. The crystal material and AFOV have no significant impact on the scatter fraction.