改进弦长抽样方法开发及在弥散燃料蒙特卡罗模拟的应用

弥散型燃料广泛应用于高温气冷堆、事故容忍燃料、实验研究堆及核动力舰船等,是重要的燃料类型之一。弦长抽样(CLS)方法可简化弥散燃料几何建模,提高计算效率,然而传统CLS方法只能描述单种颗粒的填充,同时在高体积填充率时误差较大。针对CLS方法的两大问题,本文在自主化堆用蒙特卡罗程序RMC中开发了改进CLS方法,并应用于全陶瓷微胶囊封装燃料棒算例及含毒物颗粒的高温堆燃料球算例。计算结果表明,改进CLS方法可解决多种颗粒混合填充的问题,并且可保证体积填充率的准确性,为弥散燃料的临界及燃耗计算提供了高效、精确的方法。     

堆用蒙卡程序燃耗计算功能开发

堆用蒙卡程序(RMC)是由清华大学工程物理系REAL实验室自主开发的用于反应堆物理分析的中子输运蒙卡程序,本文主要介绍其燃耗计算功能的开发与验证。RMC的燃耗计算功能具有的特点:内部耦合ORIGEN,相比于外耦合方式,更加灵活和高效;使用基于能谱的单群截面统计方法,可在保证精度的前提下,显著提高计算效率;采取预估修正和中点近似等多种燃耗步策略,减小大燃耗步长时的计算误差。通过计算压水堆栅元、沸水堆组件、快堆等一系列基准题和算例,验证了RMC燃耗计算的正确性和速度优势。     

基于蒙特卡罗抽样和最大-最小法的地震易损度算法研究

本文探索并研究了一种新的地震易损度算法,基于蒙特卡罗（MC）抽样和最大-最小法计算了单个设备和多个设备组合的最小割集的易损度。最小割集包括3种类型：纯地震失效最小割集、包含非事件的最小割集、地震失效和随机失效混合割集。对于仅包含地震失效的事故序列,可直接采用基于蒙特卡罗抽样和最大 最小法的易损度算法进行计算。涉及地震失效和随机失效混合的事故序列,可采用极限近似方法（MCUB）或其他割集定量化算法进行计算。经对比,基于蒙特卡罗抽样和最大 最小法的地震易损度算法计算结果与理论值一致,为工程应用中的地震易损度计算提供了另一种可行的算法。     

蒙特卡罗方法在反应堆物理计算中的应用

利用蒙特卡罗 (MonteCarlo简称MC)方法对高通量工程试验堆的堆芯物理进行了计算 ,计算了该堆的 5个临界装置的有效增殖系数keff以及一个实际运行的复杂堆芯中考验回路内的考验燃料元件的中子通量 ,计算结果与实验值符合得很好     

西安脉冲堆燃料元件精细燃耗分布的蒙特卡罗方法研究

本文采用RMC模拟计算了西安脉冲堆（XAPR）稳态堆芯第1循环燃料元件的精细燃耗分布情况,根据XAPR运行温度制备了多温度点氢化锆的热化截面,计算了零燃耗下XAPR冷态和热态实验的k_eff。分别考虑燃料棒径向和轴向空间离散化下温度反馈的结果,确定了首循环脉冲堆三维燃耗最深的位置。结果表明,采用燃料棒径向燃耗分区的15 EFPD下D5和G14燃料棒燃耗计算结果较径向不分区的结果更接近实验值,RMC应用于XAPR精细燃耗计算具有较高可靠性,可用于脉冲堆物理计算与安全分析工作。     

Improvement of Monte Carlo Lattice Burnup Calculation Performance with the Correlated Sampling Method

For next generation reactor designs, which are attempting wide variations of assembly configurations, the flexibility Monte Carlo method holds is attractive, but still costly for repetitive design study works. This paper presents an advanced correlated sampling (ACS) method which was developed to speed up Monte Carlo lattice burnup calculations. The ACS method is the combination of the correlated sampling method and a pseudo-scattering technique. All burnup steps are considered as consecutive perturbed problems using the same neutron collision history, which is pre-calculated based on a selected unperturbed problem. Since neutron weights can be adjusted on every collision point, rather than along paths between them, the perturbed calculation is very fast and the neutron collision history is light enough to be stored in memory or physical storage, which is an indispensable feature for consecutive perturbed calculations. The presented theory shows that the ACS method has good potential to work for a wide range of neutron absorption variations, the dominant perturbation in the lattice burnup. In an example calculation on a BWR lattice, the ACS calculation results of 600,000 neutrons/step agree well with the independent Monte Carlo runs of 20,000,000 neutrons/step within 0.1%dk/k in terms of k_? throughout 95 steps (~50GWd/t). Average calculation time of neutron tracking with the former method is 3.4 s/step with 600,000 neutron histories on a single processor of an Alpha21164-600 MHz, and the speed-up factor against the Monte Carlo calculation turns out to be about 100.     

反应堆时空动力学蒙特卡罗改进准静态方法研究

改进准静态方法可采用大时间步,减少反应堆时空动力学问题的计算耗时。本文提出了蒙特卡罗改进准静态方法,将两种方法的优势结合,用于新型反应堆的时空动力学问题。基于改进准静态方法的理论框架,研究设计了伴随通量统计、动态参数统计和形状函数计算等相应的蒙特卡罗算法。针对一维两群问题,实现了相应的算法。与确定论程序计算结果的比较表明,蒙特卡罗改进准静态方法是可行的。     

基于CADMesh的蒙特卡罗自动建模方法及应用

为开展复杂结构场所辐射场蒙特卡罗模拟研究,使用开源的CADMesh接口程序实现一种将三维CAD数据模型导入Geant4的自动建模方法。对某废物处理设施进行自动建模,使用Geant4内建的基于命令的统计功能计算周围剂量当量率分布。将周围剂量当量率分布模拟结果与实际测量结果进行对比,模拟结果在50%误差范围内与实测数据基本符合,初步验证了该自动建模方法的适用性。     

基于弦长抽样方法的弥散燃料蒙特卡罗中子输运模拟

弥散燃料因具有燃耗深、包容裂变产物能力强和导热性好等优点而被广泛应用于新型核能系统设计中。然而,弥散燃料因其燃料颗粒在基体材料中的随机分布特性给传统中子输运模拟方法带来了新挑战。基于弦长抽样法发展了弥散燃料蒙特卡罗中子输运计算方法和数值模拟程序,其可以实现弥散燃料的在线建模,充分考虑中子输运过程中燃料颗粒在基体材料中的随机分布特性,快速获得准确可靠的中子输运模拟结果。利用数值例题对本文方法及程序开展了基准验证,证明了本文方法及程序在弥散燃料临界计算中的正确性。     

核辐射测井中的Monte Carlo数值模拟

数值模拟技术为核辐射测井的研究提供了新的思想方法和工作方法,大大提高核辐射测井的研究水准.在核辐射测井的数值模拟技术中,Monte Carlo模拟技术是应用最为成功的技术之一.本文根据多年的核辐射测井研究得出,Monte Carlo数值模拟技术可以应用于核辐射测井基本物理问题,方法的可行性、仪器物理设计、新应用方法和算法研究、测井解释模型建立、校正图版制作等方面.Monte Carlo数值模拟技术为核辐射测井方法的研究带来崭新空间.     

蒙特卡罗方法在CZT探测器测量乏燃料组件燃耗中的应用

利用碲锌镉（CZT）探测器组成的γ谱探测系统是一种测量乏燃料组件燃耗的较有效的方法。本文利用蒙特卡罗方法,借助于Geant4软件包计算在两种测量方式、多个准直高度条件下组件中¹³⁷Cs和¹³⁴Cs的全能峰探测效率,对测量结果的正确评价分析具有一定意义。另外,采用偏倚抽样方法确定源粒子发射方向,极大提高了CZT探测器全能峰探测效率。     

插棒法空间效应修正因子计算中MC方法的应用

研究了MC方法在插棒法空间效应修正因子计算中的应用。用MCNP／4B计算了脉冲堆稳态堆芯第一循环插棒前后探测器位置的中子注量率,得到了探测器位置的空问因子。设计了修正空间效应的方法,并用该方法测量了脉冲堆所有控制棒的积分价值,结果令人满意。     

离子电离与次级反应耦合的蒙特卡罗模拟方法研究与应用

氘或氚离子在靶物质中电离输运的同时会发生次级反应,为模拟这一过程,开发了耦合蒙特卡罗工具RSMC。程序用详细历史法和浓缩历史法模拟电离过程,调用ENDF或TENDL中D、T核数据计算次级反应,同时使用“强迫次级粒子产生”降方差技巧提高模拟效率。对中子深度分析问题、加速器单能中子源问题和热中子-聚变中子转换靶问题进行研究,验证了RSMC的正确性。     

Monte Carlo Simulation of Gadolinium Neutron Gamma Spectroscopy Tracer Logging Method

The thermal neutron count and capture gamma ray spectroscopy before and after gadolinium seeping into sandstone and limestone formation are simulated by Monte Carlo Method, and the determination method of oil saturation is studied by using the thermal neutron count rate ratio and the n(Gd)/n(H) of capture gamma spectrum before and after gadolinium seeping. In addition, the relations of ratio with influence factors such as porosity, salinity of gadolinium seeping, saturation and lithology are given.      

Monte Carlo法在检测浮选矿物品位中的应用

采用Monte Carlo法产生矿粉样品的XRF谱,对30个矿粉样品的品位进行了分析,结果表明该方法能够对浓度值为百分之几及其以上的元素进行有效分析。还对影响分析效果的各种因素进行了讨论,结果表明学习谱的个数越多,标准样品浓度分布范围越广,分析结果越精确可靠。此方法分析速度快,可以用于对矿物品位进行在线分析。     

GM计数管能量响应补偿的MC法模拟

针对GM计数管低能段过响应特性,探讨了一种用MC法对其进行能量响应补偿的方法。该方法在结合能量响应补偿理论与MCNP蒙特卡罗模拟方法的基础上,寻求利用理论方法先行计算出较为合适的补偿条件,继而应用MCNP有目的的进行模拟,减少模拟海选过程,提高实验效率。     

应用蒙特卡罗方法表征HPGe探测器

采用蒙特卡罗方法计算HPGe探测器对光子的探测效率,需对计算模型参数进行确定。使用蒙特卡罗模拟计算和实验测量相结合的方法,对晶体死层厚度及冷指尺寸进行了表征。结果表明,使用此方法确定晶体参数模拟光子的探测效率,在59.54～1408.1keV光子能量范围内,计算效率与实测效率相对偏差在5%以内,并进行了实验验证。     

用Monte Carlo方法模拟设计工业CT探测器

为了用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法设计工业ＣＴ探测器，我们开发了通用程序ＧＥＰＭＣ。该程序模拟了γ光子，次级电子和荧光光子的输运过程，主要的计算结果有ＣＴ阵列探测器的γ输出谱，积分荧光输出，探测效率和探测器之间的串扰（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）在实验方面，我们测量了不同尺寸单块晶体的γ能谱，其谱形与模拟计算的相符合。     

等效均匀化方法在连续能量蒙特卡罗均匀化群常数上的应用

连续能量蒙特卡罗方法均匀化群常数直接用于堆芯均匀计算,不能与非均匀计算保持反应率和界面流守恒,需进一步处理使其满足等效均匀化原理。本工作研究广义均匀化理论（GET）和超级均匀化方法（SPH）在蒙特卡罗均匀化中的应用,并数值验证简化压水堆堆芯和C5G7基准题。研究表明,GET和SPH的应用提高了蒙特卡罗均匀化群常数堆芯扩散计算的精度,可作为蒙特卡罗等效均匀化方法。