基于OpenMC的瞬发中子衰减常数计算模块开发与验证

瞬发中子基波衰减常数α可定量描述反应堆内中子随时间的变化,是计算绝对反应性所需的中子动力学参数之一,对次临界（特别是较深次临界）绝对反应性的精确测量具有重要意义。本文在开源程序OpenMC基础上,基于k α迭代方法,以中子径迹长度上的平均时间吸收权重修正作为k α迭代参数因子,在输运过程中对瞬发、缓发中子分别考虑,开发了具有瞬发α本征值问题计算功能的OpenMC PA模块。以Godiva衍生基准题和MUSE 4次临界实验装置为计算对象,对程序计算瞬发α本征值问题能力进行验证。结果表明,该计算模块有优于MCNP4C的计算速度与计算范围,计算值与参考值的相对误差小于05%。OpenMC PA能满足次临界系统瞬发α本征值和中子动力学参数计算需求。     

反应堆α本征值蒙特卡罗计算方法研究

在蒙特卡罗(MCNP)模拟系统α本征值计算中常采用(κ,α)回归法.该方法在超临界和浅度次临界系统计算中,可以得到较好的结果,但由于算法本身的局限,在深度次临界问题模拟时并不能给出正确的结果.为了解决蒙特卡罗方法计算深度次临界系统α本征值的问题,本文提出了基于蒙特卡罗瞬态程序(TMCC)计算α本征值的衰变曲线拟合法.该...     

求解α本征值的中子噪声分析随机模拟方法研究

瞬发中子常数α本征值对核装置的设计和安全分析具有重要意义。为解决α本征值蒙特卡罗计算时存在的问题,提高计算精度,本文结合随机模拟特点,借鉴反应堆噪声分析实验测量的原理,提出了基于噪声分析模拟的α本征值随机计算方法。首先,采用基于广义半马尔科夫过程的离散事件蒙特卡罗模拟方法来模拟中子随机场的演化过程,得到了探测器处中子噪声序列。其次,利用参数自适应计算的中子噪声分析Rossi-α方法、方差-平均值比法、零概率法以及互相关分析法,对中子噪声序列分析,得到了α值。几种方法计算得到的α值相近,最大相对偏差为7.9%,表明求解α本征值的中子噪声分析随机模拟方法是可行的。     

脉冲源法测量系统次临界度的进一步分析

脉冲源法是确定反应堆次临界度的一种方法,实际应用中,其适用性与脉冲源的时间特性相关。用解析方法推导了脉冲源的后沿时间波形对诊断次临界系统中子学时间常数本征值的影响,并用数值计算进行了验证,明确了脉冲源法诊断次临界系统中子学时间常数时所需满足的外源条件。结果表明,在目前研究关心的时间尺度范围内,脉冲源法适用的目标诊断量的要求是外中子源的时间衰减深度一定要深于装置的次临界度。     

Rossi-α方法测量CFBR-Ⅱ堆瞬发中子衰减常数

瞬发中子衰减常数α是核系统的重要特征参数.简要介绍了点堆模型的α本征值定义以及Rossi-α方法原理,并利用研制的Rossi-α测量系统在CFBR-Ⅱ堆上开展了多个状态的α实验测量,获得了系列的次临界α实验数据以及缓发临界时的瞬发中子衰减常数αc,为相关实验提供了基准数据.     

Rossi-α方法测量CFBR-Ⅱ堆瞬发中子衰减常数

瞬发中子衰减常数α是核系统的重要特征参数。简要介绍了点堆模型的α本征值定义以及Rossi-α方法原理,并利用研制的Rossi-α测量系统在CFBR-Ⅱ堆上开展了多个状态的α实验测量,获得了系列的次临界α实验数据以及缓发临界时的瞬发中子衰减常数αc,为相关实验提供了基准数据。     

计算α本征值的蒙特卡罗期望估计方法

从齐次中子输运方程出发,推导了计算α本征值的数学表达式,并给出了三种蒙特卡罗期望估计式,它们分别是:径迹长度期望估计;碰撞期望估计;逃逸期望估计。不同模型的计算结果表明,期望估计方法的计算效率可比MCNP中的(α,k)回归迭代方法有量级的提高。尤其对含慢化材料的次临界模型,期望估计方法有着特殊的优势。     

次临界系统α本征值计算

从α本征值(中子时间常数)的概念出发,使用与时间有关的扩散理论和本征函数展开方法,研究不同半径下的 Li2O、氢系统及铀、含氢铀次临界系统能谱及α本征值随时间变化的规律.计算中使用了30 群群截面数据,微观数据来自 ENDF/B-Ⅵ.     

铅铋冷却次临界堆反应性引入下的中子学动态特性分析

加速器驱动次临界系统（ADS）与临界系统相比具有不同的中子学动态特性。采用瞬跳近似导出了次临界状态下反应性扰动引起中子密度和堆功率变化的关系式,与基于RELAP5开发的次临界点堆动力学程序做了不同次临界度（keff=0.90,0.95,0.97,0.98和0.99）下1 s内引入反应性＋1β的中子学动态特性对比分析。结果表明：①有外源的瞬跳近似能够精确地描述受扰动后很短的一段时间之后的中子密度和堆功率的变化情况,能用于求解有外源的点堆动态方程渐进情况下的解;②反应性引入事故过程中,次临界堆表现出内在稳定性,次临界度越深,偏离临界越远,反应性扰动对次临界堆的影响就越小。     

次临界α本征值计算中的时间选取方法

目前,计算α本征值(中子时间常数)的方法主要有两种.一是引进一个与α有关的k(α),使计算α本征值转化成一个计算k(α)的反问题,然后确定α,使其满足k(α)=1,这种方法在次临界计算中常常因为截面出负而失效[1-2].二是从α本征值的概念出发,计算中子密度(数)随时间的分布,取稳态后多个时间段拟合α,这种方法的主要缺点是中子密度截断时间和用于拟合α的时间段的选取需要经验或者多次重复,缺乏一个统一的标准,选择不慎会严重影响结果.本文利用瞬发中子寿命(τ)给出了一个评判标准:计算中子密度时截断时间取50て,用于拟合a的时间段取(30 τ,50 τ).     

两种静态装置瞬发中子时间常数诊断研究

金属反射层次临界装置和含氢反射层次临界装置的瞬发中子衰减特性不相同,对测量信号处理得到的时间常数的物理意义需深入认识。研究分析认为,对快谱装置而言,自引入稠密等离子体聚焦（DPF）源中子时刻起,装置能谱基本不变,时间常数本征值概念和数值计算的本征值均适用于快谱装置的研究,数值计算的时间常数本征值可与实验测量的时间常数进行比较。但是,对含氢反射层装置而言,自引入DPF源中子时刻起,装置的能谱一直随时间发生变化没有达到稳态,不满足时间常数本征值的定义,不能用于诊断装置瞬发中子特性,对于关心瞬发中子特性的研究命题,时间常数本征值不适用。      

反应堆动态参数的蒙特卡罗计算研究

介绍缓发中子有效份额(βeff)、有效中子代时间(Λeff)和本征值的概念及其蒙特卡罗程序计算方法。采用Prompt Method方法计算得到βeff;微扰法得到Λeff;采用瞬发中子密度衰减直接拟合法和间接求解法得到本征值;将各种反应性状态下的拟合得到临界c本征值,并与实验测量的c值进行比对,结果符合很好;并对动态参数蒙特卡罗程序计算的各种方法进行不确定度分析。     

深次临界装置α本征值计算方法比较研究

编制了用3种方法独立计算α本征值的计算程序，并分析了深次临界情况下α本征值计算遇到困难的原因。计算结果表明：改进的直接法计算范围宽、精度高，是解决深次临界情况下α本征值计算困难的有效途径。     

HARMONY程序计算中子扩散方程高阶λ本征值问题的基准验证

高阶λ谐波在反应堆堆芯功率重构、换料优化、ADS次临界反应堆物理特性研究等领域有着重要应用价值。为进行高阶λ谐波的计算,本文基于隐式重启动Arnoldi方法(IRAM)编制了可用于一维、二维、三维笛卡尔坐标系中子扩散方程的任意阶λ谐波及本征值计算的HARMONY程序,并进行了基准题的数值验证。结果表明,HARMONY程序能实现高阶λ本征值问题计算,具有较高的精度,为未来基于λ谐波的ADS次临界反应堆物理特性研究奠定了基础。     

定态中子输运方程本征值计算方法研究

散射源项各向异性展开阶数较大或者离散纵标方法的角度离散方向较多时,中子输运方程本征值的计算迭代容易失败。为了克服该问题,本文通过数学上的推导,构造了中子输运方程α本征值迭代求解的一种新方法,数值算例表明该方法提高了收敛速度,不收敛的问题也得到明显改善。对keff本征值的计算进行改进,改进后的方法不依赖迭代初值,数值算例表明改进方法的计算结果较好。     

点堆六群缓发中子动力学方程的新解法

用去耦合法导出六群缓发中子动力学方程新的精确解析解，与传统的代入法相比，其求解所得到的精确解析解形式更简明，并无需求解倒时数方程，因此使计算工作量小且计算精度也大为提高。     

改进中子扩散理论的应用研究

从分析各向同性散射介质所组成的均匀系统中中子的空间行为出发,导出了扩散系数和外推长度表示式。从而给出了无独立源、均匀无限半空间问题中子输运方程的精确渐近解。进而推广到了考虑表面曲率、外加中子源、非均匀系统的多群中子输运计算,得到了较普通扩散远为精确的结果。     

次临界实验装置动态参数的Rossi-α测量方法研究

介绍反应堆物理实验微观噪声分析中的Rossi-α方法,并将其应用于次临界装置的动态参数α本征值的测量研究.在极低中子通量密度状态下对清华大学反应堆物理实验室次临界装置的α本征值进行测量,同时采用外推方法得到了临界时的本征值αc;采用蒙特卡罗程序( MCNP)和三维蒙卡瞬态程序(TMCC)对该装置的α本征值进行了相应的理...     

基于隐式重启Arnoldi方法的中子扩散本征值问题求解及其降阶研究

中子扩散方程高阶谐波可用于重构堆芯中子注量率分布,但传统源迭代与源修正迭代法求解时的收敛速度慢,计算耗时长。采用隐式重启Arnoldi方法(Implicitly Restarted Arnoldi Method,IRAM)求解本征值问题的中子扩散方程获得谐波数据,通过本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)与伽辽金(Galerkin)投影相结合的方法构建POD-Galerkin低阶模型,并重构二维稳态TWIGL基准题中子注量率分布。研究结果表明：IRAM方法在求解中子扩散方程的高阶本征值和谐波问题上具有较高的精度;基于POD-Galerkin低阶模型重构中子注量率分布具有较高的保真性与计算效率,有效增值系数与参考解的误差为8.7×10^-5,对角线上快群和热群中子注量率最大相对误差为2.56%,且低阶模型计算用时仅为全阶模型的10.18%。本研究为堆芯中子注量率重构提供了一种可靠且高效的方法,该方法不仅可用于重构稳态时堆芯中子注量率分布,还具有在瞬态情况下预测中子注量率分布的潜力,有望在未来的应用中进一步拓展。     

次临界系统中瞬发中子衰减常数与反应性的关系

一、引言中子增殖系统的物理参数测量中,经常通过瞬发中子衰减常数α的测定,来得到系统的反应性ρ或中子有效增殖因子k。瞬发中子衰减常数可以用多种方法测定,如脉冲中子法,频域和时域的相关分析法等。α对系统的次临界度或反应性很敏感,即使系统的次临界度很深,α仍然可以以很高的准确度测得。可是两者之间,特别当次临界度较深时,没有一个令人满意的关系式。本文将就这个问题作一探讨。