基于改进Gauss-Hermite方法的在线多普勒展宽方法研究

温度对核截面的效应对反应堆中子学计算有重要影响,同时也是热工反馈的基础。准确、高效且内存占用较少的蒙特卡罗截面在线温度处理方法是其中的关键。基于多普勒展宽理论及Gauss-Hermite求积组,可使用基准温度下的截面对任意温度进行展宽计算,实现蒙特卡罗粒子输运过程中的在线多普勒展宽。本文针对传统Gauss-Hermite方法存在的问题,对该方法进行了改进,并利用典型压水堆算例进行了验证分析。结果证明,改进算法显著地提高了效率,为在线多普勒展宽方法在多物理耦合中的应用提供了基础。     

基于改进Gauss-Hermite方法的在线多普勒展宽方法研究

温度对核截面的效应对反应堆中子学计算有重要影响，同时也是热工反馈的基础。准确、高效且内存占用较少的蒙特卡罗截面在线温度处理方法是其中的关键。基于多普勒展宽理论及Gauss-Hermite求积组，可使用基准温度下的截面对任意温度进行展宽计算，实现蒙特卡罗粒子输运过程中的在线多普勒展宽。本文针对传统Gauss-Hermite方法存在的问题，对该方法进行了改进，并利用典型压水堆算例进行了验证分析。结果证明，改进算法显著地提高了效率，为在线多普勒展宽方法在多物理耦合中的应用提供了基础。     

基于分段高斯积分的在线多温度核截面生成方法研究

反应堆运行过程中温度不断变化,在模拟中常采用在线多普勒展宽方法生成各种温度下的中子核截面。已有的在线截面生成方法中,SIGMA1方法精度较高,但由于其使用了误差函数及泰勒级数展开方法,截面的生成效率偏低。本文基于FDS团队自主研发的超级蒙特卡罗核模拟软件系统SuperMC,针对不同能段截面的特点,发展了基于分段高斯积分的在线多温度核截面生成方法,在多普勒展宽共振峰较密集的区域使用高斯-厄米特积分方法,在低能区域使用高斯-勒让德积分方法,在保证核截面精度的同时提高了截面生成效率。通过典型核素截面的对比以及临界安全基准例题与多普勒反应性系数基准例题的测试,本文方法与SIGMA1方法相比平均计算效率提高5倍以上,且展宽温度越高,效率提升越明显。证明了该方法能够快速并准确地生成各种温度下的中子核截面,可用于反应堆多物理耦合计算。     

基于随机抽样的在线多普勒展宽研究

介绍了一种基于随机抽样的考虑靶核热运动的在线多普勒展宽方法,在每一个碰撞点精确展宽截面。该方法只读入零开式温度下的截面数据,不需要考虑模型材料中的温度分布,从而摆脱对专用截面加工程序的依赖。本文首先实现了基于随机抽样的多普勒展宽模块,在微观上对该算法进行验证,随后结合自主堆用蒙特卡罗程序(RMC),实现了RMC的在线多普勒展宽功能,在宏观上对该算法进行验证,证明该方法能处理核截面的温度效应。     

基于数值积分的核截面在线生成方法研究

为准确模拟反应堆内不同温度下中子与各种材料间的相互作用,当反应堆堆芯温度变化时,需要在线生成不同温度下的反应截面。现有在线截面生成方法中,以MCNP6的曲线拟合法使用较为普遍,但该方法的截面生成效率偏低。为此,本文开展了基于数值积分的核截面在线生成方法研究,结合双指数变换与GaussHermite积分替代原有解析积分,提高展宽截面生成效率。典型核素与多普勒反应性系数基准例题结果显示,数值积分方法的曲线拟合计算效率比原始方法平均高10倍以上,且精度与原始方法相对偏差在1.54%以内,验证了本文方法的有效性,可用于反应堆多物理耦合计算。     

多普勒展宽函数ψ（ξ，Y）和χ（ξ，Y）的蒙特卡罗数值积分法计算

多普勒展宽函数ψ（ξ，Ｙ）和χ（ξ，Ｙ）的蒙特卡罗数值积分法计算李兆桓（中国原子能科学研究院）关键词共振截面，多普勒效应，共振与势散射之间干涉当介质温度升高时，中子共振截面峰逐步变宽，这一现象称为多普勒展宽效应。共振和共振与势散射之间的干涉的多普勒展...     

MCNP温度相关中子截面库的研制及基准验证

本文在使用NJOY软件由ENDF格式的中子截面文件处理生成ACE (a compact ENDF) 格式的温度相关中子截面库的方法研究的基础上,开展温度相关中子截面库的研制及验证.研制过程中,选择了在反应堆设计和运行温度范围内的16个温度点.在温度相关中子截面库的验证过程中应用了4个基准题:带可燃毒物的轻水堆芯临界基准题、反应性多普勒系数基准题、标准CANDU组件燃料温度系数基准题和VHTRC温度系数基准题.验证计算结果表明,该温度相关中子截面库可运用于反应堆物理的计算分析中.     

多普勒展宽舍弃修正对氟盐冷却球床高温堆中子学的影响分析

超热区中子的弹性散射易受靶核热运动影响,传统的蒙特卡罗程序采用常数散射截面自由气体模型来描述超热区中子的散射过程。研究表明,忽略共振弹性散射效应所引入的误差随温度的升高而增加,而氟盐冷却球床高温堆工作在高温条件下,为减小共振区弹性散射计算误差,有必要在中子学计算中使用多普勒展宽舍弃修正方法以考虑其共振弹性散射效应。本文使用修改源码后的蒙特卡罗程序MCNP5对氟盐冷却球床高温堆栅元开展中子学计算,发现经多普勒展宽舍弃修正后的²³⁸U的中子俘获率增加,无限增殖因数减小123～1182 pcm,且无限增殖因数偏差随燃料球栅元填充率及温度的升高而增大。     

在MCNP中考虑共振弹性散射的修正方法

蒙特卡罗方法采用自由气体模型来考虑中子与靶核的弹性碰撞中的热效应。传统的模型假设绝对零度下的弹性散射截面是常数,忽略了截面的共振效应所带来的影响。为在自由气体模型中考虑共振弹性散射效应,采用多普勒展宽舍弃修正方法,修正了连续能量蒙特卡罗程序MCNP的自由气体模型,并对Mosteller轻水堆多普勒基准题进行了分析。数值结果表明：对于轻水堆,在热态零功率的情况下,忽略共振弹性散射会高估燃料棒的无限介质增殖因数（k_∞）40～100 pcm,热态满功率下高估140～200 pcm;忽略共振弹性散射给燃料温度系数带来7%～15%正的偏差。同时分析了新的抽样方法对计算时间的影响,以及共振弹性散射效应对中子出射能量分布的影响。     

利用不可分辨区共振参数计算中子微观截面

一、中子截面计算公式为了利用ENDF/B库所给出的不可分辨区的共振参数计算中子散射截面、俘获截面和裂变截面,同时,对于不同分摊慢化截面与不同温度作Doppler展宽,以适应实验数据处理、产生群截面的要求。为此,对考虑与不考虑Doppler展宽两种情况,中子截面具体的计算公式分别叙述如下:     

核数据处理程序NECP-Atlas的开发与验证

本文开发了自主化的核数据处理程序NECP-Atlas,该程序将不同的核数据处理功能封装为不同的程序模块,可将评价核数据经过共振重构及线性化、多普勒展宽计算、不可分辨共振区处理、热中子散射计算、多群截面计算等过程,处理为WIMS-D/E格式多群数据库。采用WLUP（WIMSD library update project）基准题、国际临界安全基准题ICSBEP（international criticality safety benchmark evaluation project）等对NECP-Atlas加工产生的核数据进行验证,结果显示NECP-Atlas和NJOY-2016程序精度相当。     

基于RMC程序的用康普顿轮廓进行束缚态电子多普勒展宽修正研究

堆用蒙特卡罗程序RMC具备中子、光子、电子耦合输运能力，能完成精确的屏蔽计算，其中光子输运过程采用光子数据库进行了康普顿散射模拟。本文对康普顿散射物理原理及多普勒展宽方法进行分析，使用康普顿轮廓数据对束缚态电子进行多普勒展宽修正，实现了RMC程序对自由电子和束缚态电子的选择性处理。通过核素算例测试，观察到了多普勒能谱展宽的效应，证明了该方法的正确性。通过对典型压水堆组件的计算和对比，验证了用康普顿轮廓进行束缚态电子多普勒展宽修正的必要性和正确性。     

Resonance Interaction Effect between Hot Sample and Cold Core in Analysis of Doppler Effect Measurement

The resonance interaction effect between hot sample and adjacent cold core was evaluated in a small sample ²³⁸U Doppler effect measurement. For this analysis a collision probability code with an ultra-fine group structure PEACO-X was developed. The previously measured Doppler effect reactivity coefficients at FCA are systematically analyzed by using the PEACO-X code. The results were compared with the conventional calculation results using the SLAROM code. From these results, it was shown that this effect depends on the background cross section for ²³⁸U in a core, and also depends on the radius and density of the sample. When this resonance interaction effect is taken into account, the calculated Doppler reactivity worths becomes larger than those using the conventional method and the sample dependency of calculation disappeared. The reliability of Doppler effect calculation was significantly improved.     

Solution of the Doppler broadening function based on the fourier cosine transform

This paper provides a new integral representation for the Doppler broadening function ψ(ξ, x), which is interpreted as being a Fourier cosine transform. This integral form allows the obtaining of an analytical solution in a simple and accurate functional manner as regards the elementary functions. The solution obtained through the new integral representation can be widely used in several applications such as the calculation of self-shielding factors and measurement corrections for the microscopic cross section through the activation technique.     

中子共振参数的联合拟合分析

文章给出一种对多个观测量进行联合拟合分析以获得中子共振参数的计算方法。这方法易于同时和精密地提取全部中子共振参数。采用复概率积分法计算多卜勒展宽截面;把解析法和蒙特卡罗法结合起来计算多次散射贡献,使得计算较为精确和省时。对~(232)Th的包括透射、俘获面积和自指示比的8个观测量进行联合拟合分析,结果颇为满意。     

Effective Cross Section of 238Samples for Analyzing Doppler Effect Measurements in Fast Critical Assembly

A new effective cross section of ²³⁸U sample has been derived to accurately analyze the Doppler effect measurements in a fast critical assembly. The neutron spectrum in the sample is determined by considering the interference effect of neutron spectrum between the sample and the surrounding fuel region, and is used to obtain the effective cross section of the sample. The new effective cross section can be calculated using the conventional self-shielding factors. The use of the present cross section has increased the Doppler reactivity worth in ZPPR-9 by about 4% compared to the result calculated by the conventional self-shielding factor method without the spectrum interference effect. The physical meaning of this increment is discussed.     

群常数制作软件Ruler研发

采用国际公认的群常数制作理论方法,包括共振重造方法、多普勒展宽方法、热散射率处理方法、群截面和散射矩阵计算方法、共振自屏处理方法等,研发了包括主驱动程序、评价数据输入输出模块、公共数学模块、系统公共子程序模块、进制转换模块、截面线性化和共振重造模块、截面温度展宽模块、不可分辨共振自屏模块、热散射截面计算模块、中子多群常数计算模块、WIMS-D格式接口模块等11个模块的群常数制作软件Ruler。采用与国际通用核数据处理程序NJOY99比较的方式对Ruler进行了验证,包括群常数比较和基准检验结果比较。验证结果表明,Ruler的计算精度与NJOY99相当,其计算速度、可维护性、可扩展性优于NJOY99。     

基于不同ENDF格式数据库的MCNP温度相关中子截面库研究

使用截面加工程序NJOY生成以针对最新释放的ENDF/B-VII和CENDL-3.1评价核数据截面库为基础库的2个ACE格式的温度相关中子截面库。使用压水堆多普勒数值基准题对生成的2个ACE格式截面库进行基准验算。验算结果表明,所生成的2个温度截面库在有效增殖系数、多普勒反应性亏损、多普勒反应性系数方面均与原基准题吻合良好,说明评价核数据截面库ENDF/B-VII和CENDL-3.1能很好地应用于ACE格式的截面库的制作。