基于特征线法计算的超细群慢化方程求解方法

为实现对复杂几何、复杂能谱组件的精细计算,提出了一种基于特征线的超细群慢化方程求解方法。通过耦合特征线法中的固定源计算,在共振能量范围内建立超细群慢化方程,通过精细能谱获得复杂结构下的共振自屏截面。对典型压水堆栅元问题、带有温度分布的栅元问题、燃料内部存在不均匀性的栅元问题以及板状燃料组件问题进行了计算。结果表明,基于特征线的超细群慢化方程求解方法可精确计算复杂几何、复杂能谱问题,为共振计算提供基准。     

基于AutoCAD二次开发实现中子输运方程特征线法求解

在先进反应堆的组件设计计算中,特征线方法(MOC)是沿生成的特征线求解中子输运方程,理论上不受几何形状的限制,但需对组件进行几何描述和射线追踪等预处理,现有的MOC程序在几何预处理上实际还存在很多限制.为彻底消除特征线方法在几何方面的限制,借助AutoCAD二次开发功能来实现MOC方法的几何预处理.在此基础上开发了MOC程序AutoMOC,对各种问题的计算表明,程序不仅在几何处理上具有很高的灵活性,同时,其计算结果与MCNP等现有程序计算结果符合良好.     

基于OpenMP的中子输运方程特征线法并行计算研究

特征线法是目前求解反应堆中子输运方程的主要计算方法之一。本文开发了基于OpenMP的中子输运方程特征线法并行计算程序,以提高特征线法的计算效率。OpenMP是共享存储体系结构上的一个并行编程模型,采用Fork-Join并行执行方式,适合于SMP共享内存多处理系统和多核处理器体系结构。通过相关基准题测试验证,表明所开发的程序在有效增殖因数以及相对中子通量(归一化栅元功率)分布等参数上都能取得良好的精度,且使用OpenMP能取得良好的加速效果,使计算时间显著减少。     

不等温分布下燃料棒径向温度相关238U共振吸收截面计算

为精确预测燃料棒径向不等温分布下的²³⁸U共振吸收截面,提出了一种基于求解超细群慢化方程的共振计算方法。该方法通过温度扰动模型,将径向不等温分布对燃料棒能谱的影响分解为每个径向子区对燃料棒能谱的独立影响,从而实现了对不等温分布下的径向相关共振吸收截面的预测。数值结果表明,以MCNP5统计结果为基准,温度扰动模型对²³⁸U共振吸收截面的计算精度相比于传统的均匀碰撞概率超细群方法更高,共振吸收截面的相对偏差在2%以下。温度扰动模型适合进行不等温分布下燃料棒径向的²³⁸U共振吸收截面的精确计算。     

以栅元为模块进行特征线跟踪的中子输运方程解法

为解决复杂几何条件下中子输运方程的求解问题,分析了特征线法理论模型,探讨了以栅元为模块的高效特征线产生方法,以及与之相关的空间角度离散和边界条件处理问题.采用自行研制的特征线法数值计算软件--PEACH,对经济合作组织核能机构(OECD/NEA)UO2和MOX燃料混合装载的7群(C5G7MOX)基准问题的数值进行了检验.结果表明,无论是计算Keff还是棒功率分布该方法都具有很高的精度.     

子群法与特征线法结合的中子共振计算

传统的中子共振自屏计算方法采用了有理近似,局限于处理简单的共振模型,在处理复杂燃料栅元/组件时会引入较大误差。为提高复杂情况下共振计算的精度,将子群法共振模型与特征线方法结合,推导了子群法-特征线法方程。基于WIMSD格式的69群数据库,编制了可用于任意二维几何中子共振计算的SGMOC程序。通过数值验证表明,该程序计算结果与MCNP程序计算结果吻合良好,具有较高的计算精度与几何通用性。     

计算慢化转移截面中角度积分的方法

在求解中子输运方程的各种近似计算(如P_n,B_n,S_n等)中,需知介质的慢化转移截面。按定义,转移截面的计算公式是一个二重积分,包括对源中子能量的外重积分和对散射角的内重积分,即角度积分。其中角度积分的被积函数含有正负振荡的勒让德函数,因而给计算带来了麻烦。作数值积分时要取足够多的点数,才能确保一定的精度。近年来,发表了不少计算角度积分的方法。本文对这些方法作了比较和讨论。并推导了关于H核的     

适用于任意几何的特征线边界条件处理方法

边界条件处理是特征线方法（MOC）向任意三维几何拓展时遇到的难点之一。本文提出一种边界条件处理方法,既保留循环特征线中首尾相连的特性,又能像插值方法一样适用于任意几何。首先推导了平源近似下的特征线方程,提出了一种将源项和边界角通量分离处理的内迭代解法。然后证明了该解法具有唯一解,并类似于循环特征线方法给出解的构造方法。最后借助数值积分和权重插值给出迭代计算流程。采用Takeda算例、单铀球水腔模型和C5G7算例进行验证计算,k_eff的最大计算误差分别为21、319和138.8 pcm,表明方法可靠。该方法可应用于任意几何,且不需存储边界通量和进行边界迭代。     

CMFD加速在特征线法输运计算中的应用

为解决特征线法求解复杂几何条件下中子输运问题收敛速度慢的问题,将粗网扩散计算中的粗网有限差分(CMFD:Coarse-Mesh Finite Difference)加速方法运用于中子输运计算中.采用粗网有限差分加速方法对C5G7 MOX基准问题以及自定义的69群检验算例的计算表明,CMFD加速是一种十分高效的方法,可显著地提高特征线法求解中子输运问题的收敛速度,且问题规模越大,加速效果越明显.     

三维特征线的并行方法研究

设计了基于角度并行的三维特征线的并行算法。同时,为提高并行效率,采用了角度预分组和射线组合的策略,使通信量达到最小,并应用到中子输运方程的三维特征线计算程序TCM中。数值结果表明：角度并行方法和串行方法的结果完全一致,在采用了通信优化和负载平衡策略后,并行效率得到了显著提高。     

Derivation of Finite Medium Age-Diffusion Kernels in Source-Sink Theory

Based on a simple adsorption theory, a mathematical model was proposed to predict axial iodine profiles of the column of silica gel impregnated with silver nitrate (hereinafter referred to as Ag-S) in an off-gas treatment system for spent fuel dissolution. The unknown parameters of the model: the effective diffusion coefficient D_ea and the Langmuir coefficient K were determined by curve fitting of iodine profile experimentally obtained. At 423 K, D_ea and K were found to be 5.60×10^-7 m².s^-1 and 1.0×10⁵ m³.kg^-1, respectively. Using the parameter values, the model could well predict the iodine profiles obtained at 423 K in the previous works under different experimental conditions. Furthermore, the effect of silver contents on the iodine profiles was reasonably predicted. It was suggested that the proposed model is simple and would be useful to predict the iodine profiles in Ag-S adsorbent columns.     

Resonance Treatment Based on Ultra-fine-group Spectrum Calculation in the AEGIS Code

The resonance calculation method using the ultra-fine-group spectrum calculations in the AEGIS code is explained in detail. By a simple benchmark problem, it is verified that the effect of anisotropic scattering on effective cross-sections is not very large and the isotropic scattering source approximation is adequate in practical resonance calculations in LWRs. Furthermore, some efficient numerical algorithms in the ultra-fine-group calculations to reduce the computation time without large degeneration of accuracy are presented. In addition, the SPH method for energy collapsing of cross-sections is adopted in the AEGIS code to reduce the error of energy collapsing.

Through the comparison with continuous-energy Monte-Calro calculation in the pin-cell geometry, the validity of the resonance treatment in the AEGIS code is verified.     

Generalized Dancoff Factor in Complex Lattice Arrangement

Protected Pu production (P³) is a recently developed concept to enhance the proliferation resistance properties of Pu by increasing the fraction of even-mass-number Pu isotopes thus leading to the denaturing of Pu. The present paper deals with the possibility of denaturing Pu by consideration of Pu and minor actinides (MAs) multicycling in medium-size fast breeder reactors (FBRs). It was found that multicycling of Pu and MAs in FBRs enhances the proliferation resistance of Pu by increasing the fraction of evenmass-number Pu isotopes. The proliferation resistance of Pu in P³ recycling options satisfied criteria based on Kessler's proposal, i.e., 6% ²³⁸Pu content, and Pellaud's proposal, i.e., 30% ²⁴⁰Pu content. The normalized attractiveness of Pu in P³ recycling options satisfied both criteria in the core as well as in the blanket with the combination of even-mass-number Pu isotopes. At the initial introduction, two P³ FBRs (714 MWth class) with the addition of 5 wt% MA into the blanket can be operated using the annual discharged spent fuel in Japan.     

New Continuous Slowing-Down Theory for Fast Reactor Spectra

A new analytic representation for fast neutron spectra is described, based on the continuous slowing-down theory using generalized slowing-down parameters ξ(u), γ(u) in order to taking account of inelastic scattering.

The theory is basically formulated for neutrons moderated from monoenergetic source. For fast reactor spectra calculations, the fission source is generated by means of fictitious inelastic scattering. Examples of calculation show good agreement with multigroup calculations.     

弥散颗粒型燃料特征线方法输运计算研究

弥散颗粒型燃料的中子输运问题因其特有的随机性和双重非均匀性难以直接使用现有输运方法进行求解。Sanchez-Pomraning方法借助更新方程,对特征线方法进行改进,使其能应用于弥散颗粒型燃料的输运计算中。本文对二维圆柱形弥散颗粒燃料输运问题进行了计算,数值结果表明：程序在不同颗粒填充率、不同颗粒尺寸、燃料颗粒与毒物颗粒共存的问题下均能保证较好的计算精度,反应性特征值绝对偏差大多低于100 pcm,仅在QUADRISO毒物颗粒填充时绝对偏差达到163 pcm。本文方法能满足弥散颗粒型燃料的输运求解要求,为新型燃料的设计研究工作提供了可靠的结果。