中子时空动力学直接模拟方法研究与程序研制

直接模拟方法(DSM)是一种新的用于求解三维瞬态中子输运问题的方法.该方法通过直接模拟瞬态过程中系统内中子和缓发中子先驱核的动态行为来求解核反应堆动力学问题.由于该方法取消了现有方法的各种近似,具有普适通用性.本文在详细研究该方法的基础上,开发了相应的瞬态分析程序TMCC,并进行了算例的验证.     

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...     

基于OpenFOAM的中子输运动力学求解器ntkFoam研究

由于中子输运模拟的复杂性及其与其他物理过程耦合的困难性，全堆芯精细中子输运-热工水力多物理计算是核工程领域的难点。本文基于有限体积C++开源软件OpenFOAM，采用有限体积法建立稳态和瞬态中子输运动力学方程数值求解模型，开发了中子输运动力学求解器ntkFoam。通过对多个基准问题进行模拟验证表明，本文建立的ntkFoam求解器能准确模拟中子输运动力学问题，并能很好地适应于不同维度及复杂几何条件；可实现中子输运、传热传质的精细耦合，为基于中子输运计算的全堆芯多物理模拟提供了一些精确耦合的思路与方法。      

多群中子散射角分布L阶截断出负的改进

蒙特卡罗方法或离散纵标法模拟多群中子输运方程，散射角分布通常按Legendre级数展开，取L阶截断近似。当L较小时，近似角分布在[-1，1]定义域的多处出负，面积不归一，进而导致非物理解。文章针对这一问题，利用矩和Legendre系数等价关系，给出离散广义Gauss求积组，并用该求积组作节点构造等概率阶梯函数，逼近实际角分布，从而消除非物理解。计算取得了与实验和连续截面蒙特卡罗MCNP程序一致的结果。     

基于中子首次裂变的MC/S_N耦合输运算法

外源驱动次临界系统是一类广泛存在且重要的核能系统。固有的射线效应和存在空间局部源,使得离散纵标(SN)法难以精确计算该类系统内的中子注量率。虽然蒙特卡罗(MC)方法可有效地模拟局部源问题,但存在计算效率较低的不足。因此,单一的SN方法或MC方法难以兼顾计算精度和效率。为充分发挥两种方法的优点,提出了以中子首次裂变为耦合点的MC/SN耦合算法。首先,采用MC方法模拟源中子在发生裂变反应之前的输运过程,并统计出首次裂变中子源;其次,采用SN方法求解对应于首次裂变中子源的输运方程;最后叠加两种方法计算的中子注量率,得到最终结果。算例表明,该耦合算法可有效地模拟外源驱动次临界系统的中子输运过程。     

刚性限制法在瞬态中子输运计算中的应用

刚性限制法（SCM）可有效缓解中子动力学方程中的刚性问题,可采用较大时间步长获得同等计算精度,提高计算效率。现有SCM主要用于求解两群瞬态中子扩散方程。本文将SCM应用于求解多群瞬态中子输运方程,在原有中子输运方程特征线方法求解程序PEACH的基础上,增添了瞬态求解功能,开发了PEACH-K程序。采用OECD/NEA最新发布的基准题C5G7-TD对PEACH-K程序进行数值验证,结果表明,PEACH-K程序在大时间步长下仍具有很高的计算精度,且具有良好的数值稳定性。     

三维瞬态输运程序在中子点火中的应用

基于广义半马尔科夫过程模拟方法开发了一套三维中子输运瞬态蒙特卡罗程序GSMP3D，该程序使用ACE格式连续截面，适用于随机中子场瞬态和强中子场瞬态问题的求解。以美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)提供的中子点火对算模型为例，对比了GSMP3D与美国点火程序Mercury的计算结果，二者吻合很好，GSMP3D不仅给出了中子点火概率，还提供了定态点火实验的中子爆发等待时间的统计结果。表明该程序可用于处理中子点火问题。     

基于三棱柱网格的穿透概率方法研究

为了求解三维非结构几何中子输运方程,研究了基于三棱柱的穿透概率方法.三棱柱子区内部中子源采用平源分布近似,子区界面中子角注量率空间分布采用均匀分布近似,角度分布采用简化P1近似.在此基础上编制了适应于三维几何的中子输运问题求解的程序TPMTD,并对三维Takeda输运基准问题进行了校算,计算结果与参考值吻合良好.     

导管中冷中子传输过程的数值模拟

中子导管是利用中子全反射原理将中子束以很小的传输损失传递到远离中子源处的物理装置。利用蒙特卡罗方法模拟中子在导管中输运过程,在中子导管的设计和实验应用中可发挥重要作用。某座反应堆上正建设包括有3束导管的冷中子导管系统,以蒙特卡罗方法为基础,开发出该导管系统的数值模拟程序,并利用该程序计算得到该导管各个输出口的中子注量率及能谱分布,为布置在导管周围的中子散射谱仪和其它应用装置的设计提供了必要的输入条件。     

用综合核方法求解中子输运临界问题的误差分析

基于中子积分输运方程的综合核近似方法,具有准确、快速的特点,其计算精度和收敛性与求积组的选取密切相关.文章简要介绍了求解中子输运临界问题的综合核方法,采用数值方法分析了综合核近似的计算误差和收敛性,并提出了新的求积组来提高综合核方法的计算精度.应用综合核方法计算了均匀平板介质中各向同性和线性各向异性散射的单群、双群中子临界问题,并与离散纵标法S32结果和文献结果进行了比较.计算结果表明采用合适的求积组,综合核方法在低阶时能够得到较高精度的结果.