针对裂变产额和半衰期的燃耗计算灵敏度和不确定度分析方法

基于广义微扰理论推导了裂变产额和半衰期的燃耗灵敏度系数理论模型,该模型考虑了原子核密度和中子通量的相互影响,并开发了燃耗计算中有效增殖因数和原子核密度等响应参数对核数据的灵敏度和不确定度分析程序。基于评价核数据中裂变产物独立产额的标准差数据,产生了针对压缩燃耗数据库的裂变产额协方差矩阵,以提高不确定度的计算精度。基于ENDF/B-Ⅶ.1数据库量化了UAM基准题TMI-1栅元无限增殖因数及重要裂变产物和重核的原子核密度由裂变产额和半衰期引入的不确定度。数值结果表明,对于栅元无限增殖因数,裂变产额和半衰期引入的不确定度很小;对于部分裂变产物的原子核密度,裂变产额和半衰期会引入较大的不确定度。     

裂变产额的Zp模型评价方法及燃耗不确定度分析

裂变产额在核科学技术和核工程中有着重要的应用,发展可靠、高效的产额评价方法和相应燃耗计算不确定度分析方法,对于建立高质量的产额数据库具有重要的意义。本文根据裂变产物核衰变模式和衰变分支比,建立独立产额与累积产额的转换矩阵,用于Zp模型的扩展,使之适用于独立产额和累积产额的统一描述,并以此建立了用于产额统一评价的拟合程序ZpFit。把ZpFit程序应用于中子诱发235U裂变产物产额评价,获得了自洽的独立产额、累积产额和相应的协方差数据,并建立ENDF格式的中子诱发235U裂变的产额数据库。在此基础上,计算了UAM燃耗基准题的TMI 1栅元的kinf、重要核素原子核密度的不确定度,比对了本工作评价的产额数据和ENDF/B Ⅷ0评价库中产额数据传递给响应量的相对不确定度,结果基本一致,差异不大。     

压水堆燃耗数据库的制作与验证

基于评价数据库ENDF/B-Ⅷ.0和EAF-2010研制了一套适用于CINDER90程序的压水堆用燃耗数据库,该数据库包含中子反应截面、衰变数据和裂变产额数据3部分。中子反应截面的加工分为两步,首先采用Inverted Stack算法和CRECTJ6程序将EAF 2010库的截面分支比融入ENDF/B Ⅷ0库全套中子评价数据,然后用NJOY2016程序处理成63群截面。衰变数据和裂变产额数据分别由MF8/MT457和MF8/MT454数据加工得到,裂变产额数据共包含36个裂变核的60组产额数据。以SFCOMPO 20中Takahama 3压水堆燃料组件为基准题,对研制的燃耗数据库进行了验证。结果表明,本文制作的燃耗数据库的方法是正确的,对于某些核素,如242Amm,制作的数据库比自带库的计算结果更接近实验值。     

压水堆核电厂废液放射性计算程序配套核数据库的适用性评价

PWR-GALE是美国核管会编制并使用的压水堆核电厂气液态流出物源项计算程序,现有的配套核数据库已有长达四十年之久未进行更新,无法确定是否能够满足先进压水堆的计算和审评需求,需要通过基于最新版本的核评价数据库制作新的配套数据库对其进行适用性的评价。因此,本文基于核评价数据库ENDF/B-VII.0,提取衰变子库中相关信息,根据直接裂变产额、衰变信息以及保留的裂变产物核素得到更新的沿衰变链归并的产额数据,通过中子学-燃耗耦合计算获得了更新的中子微观反应截面数据;并与现有的配套数据库进行了对比分析;然后,通过计算一系列面向不同机型的算例进行了整体的对比验证与分析。结果表明:现有的PWR-GALE配套核数据可以满足先进压水堆的计算和评审需求。     

基于CRAM的压水堆燃耗程序开发及验证

正基于CRAM方法开发了燃耗求解程序MCRAM,利用Cinder90燃耗数据库生成了3 400阶燃耗矩阵(图1),并耦合MCNP程序对重要的锕系核素和裂变产物核素的反应截面进行了修正。以OECD/NEA乏燃料成分基准数据库中的Takahama-3压水堆燃料组件为基准题,对MCRAM程序的计算结果进行验证,并与其他程序的计算结果进行比较。结果表明,MCRAM程序对重要裂变产物和主要锕系核素的计算结果相对误差小于5%,计算精度与ORIGIN2程序的相当(图2)。     

燃耗数据库基准检验方法研究

燃耗数据库基准检验方法对于研制高准确度的燃耗数据库至关重要。本文以TAKAHAMA 3压水堆辐照后检验实验中SF95样品的建模为例，研究了建模要素对燃耗计算的影响，确定了燃耗实验建模的方法，开展了燃耗信用制研究感兴趣的锕系和裂变产物核素积存量计算值与实验值的比对。比对结果显示，主锕系核素计算偏差小于2%，大部分次锕系核素偏差小于10%，大部分重要裂变产物核素偏差小于5%。本文还对125Sb积存量随燃耗深度变化规律进行了理论分析，确认了破坏性放化实验测量结果存在缺陷，并进一步获得了125Sb积存量的修正值，使计算偏差从接近170%下降到20%以内。本次研究表明，燃耗数据库基准检验研究不仅需发展适当的燃耗实验建模方法，还需对实验数据进行适当的评价。     

基于CRAM的压水堆燃耗程序开发及验证

本文基于Cinder90燃耗数据库开发了燃耗求解程序MCRAM,并耦合MCNP程序对重要的锕系核素和裂变产物核素的反应截面进行了修正。以OECD/NEA乏燃料成分基准数据库中的Takahama-3压水堆燃料组件为基准题,对MCRAM程序的计算结果进行了验证,并与其他程序的计算结果进行了比较。结果表明,MCRAM程序对重要裂变产物和主要锕系核素的计算结果相对偏差小于5%,计算精度与ORIGEN2程序的相当。与此同时,同一例题的计算效率MCRAM较之MCNTRANS程序提高了近200倍。     

双约束核素筛选与燃耗链压缩算法研究

在进行反应堆燃耗计算时,由于评价核数据库中各核素反应截面、寿命差异大,因此形成的燃耗矩阵规模大、刚性强。为降低燃耗矩阵规模、改善矩阵病态程度,有必要研究适用于多种堆芯设计研发需求的燃耗链压缩算法,并形成压缩燃耗链和数据库。首先建立了核素筛选标准,根据各个核素对中子吸收率和重要核素核子密度的贡献率对核素重要性进行排序筛选,研究了基于中子吸收率和重要核素产量贡献率的双约束燃耗链压缩算法,并完成相关程序模块的开发。通过对Kylin-2程序数据库压缩的计算分析,验证了该燃耗链压缩算法的可行性。采用压缩数据库可使其在保持原有计算精度的基础上大幅减少计算时间、提高计算效率;通过燃耗链压缩算法的研究与压缩数据库的实现,为从评价数据库出发制作压缩数据库提供了技术支撑。      

基于拼接裂变矩阵的燃耗计算方法研究

为了实现高效率的输运-燃耗耦合计算,本文基于拼接裂变矩阵理论提出了一种新的燃耗计算方法。拼接裂变矩阵方法使系统的裂变矩阵可以通过预先计算的数据库获得,再根据计算模型的实际工况,按照终点区域性质进行拼接。裂变矩阵数据库采用蒙特卡罗固定源计算得到,堆芯计算也不需要蒙特卡洛模拟,因此可避开耗时的临界计算。本文采用新的燃耗计算方法计算了一个典型两组件模型燃耗600有效满功率天（EFPD）的有效增殖因子和裂变源分布,结果表明燃耗-富集度复合修正比例可将裂变源均方根误差控制在0.7%以下,证明该算法的可行性。     

核反应截面协方差矩阵计算

一、引言裂变和聚变堆的设计者,在设计时需要许多准确的核反应截面数据。为准确估计设计中的误差,他们不仅要求知道反应截面的误差,还要求知道完整的协方差矩阵。因此,近年来评价核数据库要求给出反应截面的协方差矩阵。IAEA也多次举行专家会议讨论有关协方差矩阵问题。本文介绍了由反应截面测量中各参量的误差及其相关系数计算反应截面协方差矩阵的方法。并用此方法计算了~(59)Co(n,p)~(59)Fe反应截面的协方差矩阵。     

Burnup Calculation Sensitivity and Uncertainty Analysis Method of Fission Yield and Decay Half-life

The calculation model of sensitivity coefficient for decay half-life and fission product yield in burnup calculation was derived based on generalized perturbation theory, which considered the interaction between nuclear concentration and neutron flux. A code was developed to calculate sensitivity and uncertainty of effective neutron multiplication factors and nuclide concentration caused by nuclear data. Covariance matrix of fission yield for a simplified burnup library was generated based on standard deviation data of independent fission yield in evaluated nuclear data library to improve the accuracy of uncertainty quantification. Uncertainties induced by decay half-life and fission yield on infinite neutron multiplication factors and nuclide concentration for TMI-1 pin-cell in the UAM burnup benchmark were quantified based on ENDF/B-Ⅶ.1. The numerical results show that the uncertainty of infinite neutron multiplication factors induced by decay half-lives and fission yields is low, while the uncertainty of concentration of some fission product nuclide is high.     

Uncertainty analyses of decay heat summation calculations using JENDL,JEFF, and ENDF files

The uncertainty analyses of decay heat calculation were carried out using major evaluated nuclear data files, JENDL, JEFF, and ENDF. The uncertainties were obtained from the sensitivity of individual fission product nuclide to the decay heat summation calculation. The summation calculation was performed for a burst fission. The sensitivities derived from the analyses were for decay energy, fission yield, and decay constant among the nuclear data included in the summation calculation. The uncertainties of the calculations at 0.1 s after a fission burst are ～10% for JENDL and ～8% for JEFF and ENDF and those at 10⁴ s are less than 2% for all cases. The main differences came from the different adoption of the energy uncertainty. The sensitivity analysis can be used to improve the decay data for decay heat calculation.     

Effect of fission products yield library on the calculation of the nuclide composition of the fuel in sodium-cooled fast reactors

The calculation of the composition of irradiated fuel for different degrees of burnup is a basic problem in the analysis of nuclear-radiological safety of objects holding spent fuel assemblies. The yield of fission products is one of the important initial indicators in burnup calculations. Methods for compiling libraries of fission products yield on the basis of the ENDF/B up-to-date evaluated nuclear data files are described. The nuclide composition of uranium oxide and uranium-plutonium-zirconium metal fuel in sodium-cooled fast reactors is analyzed by means of high-precision calculations performed with different fission product yields libraries using different computer codes MONTEBURNS–MCNP5–ORIGEN2 and the results are presented.     

Performance of the CENDL-3.2 and other major neutron data libraries for criticality calculations

Nuclear data are the cornerstones of reactor physics and shielding calculations.Recently,China released CENDL-3.2 in 2020,and the US released ENDF/B-Ⅷ.0 in 2018.Therefore,it is necessary to comprehensively evaluate the criticality computing performance of these newly released evaluated nuclear libraries.In this study,we used the NJOY2016 code to generate ACE format libraries based on the latest neutron data libraries（including CENDL-3.2,JEFF3.3,ENDF/B-Ⅷ.0,and JENDL4.0）.The MCNP code was used to ...     

熔盐堆钍铀、铀钚燃料循环核数据不确定度分析

反应堆物理设计不确定度是第4代核能系统的QMU（quantification of margins and uncertainties）有效性认证所必须的参数之一,核数据不确定度是其重要来源。基于自主开发的耦合程序BUND（burnup uncertainty of nuclear data）,将SCALE程序TRITON和TSUNAMI-3D模块耦合,完成了熔盐堆钍铀燃料循环、铀钚燃料循环核数据引起的有效增殖因数k_eff不确定度分析,并与ENDF/B-Ⅶ.1协方差数据库计算结果进行了对比。结果显示：初始时刻,两种燃料循环模式下,核数据导致的k_eff不确定度分别为0.490%和0.582%。随燃耗的增加,核数据引起的k_eff不确定度增加。寿期末,两种燃料循环模式下,对k_eff不确定度影响显著增加的反应道分别为²³⁹Pu(nubar)、(n,f)、(n,γ)、¹⁰⁵Rh(n,γ)、¹³⁵Xe(n,γ)和²³⁴U(n,γ)、¹⁴³Nd(n,γ)、^131,135Xe(n,γ)等。     

基于精细燃耗历史及精细燃耗链的球床高温气冷堆燃耗不确定性分析

球床高温气冷堆的燃料管理具有燃料球多次通过堆芯的特点,使得燃料元件经历的燃耗历史十分复杂。球床高温气冷堆堆芯物理设计程序VSOP可以提供燃料元件的精细燃耗历史,但仅包含少量燃耗链和核素种类。而清华大学自主开发的燃耗计算程序NUIT可实现精细燃耗计算,且包含完整燃耗链和核素信息,但不具备精细燃耗历史跟踪功能。本文基于NUIT,结合VSOP提供的球床高温气冷堆精细燃耗历史,开发了球床高温气冷堆堆芯的精细燃耗计算功能,搭建了带有精细燃耗历史模拟和精细燃耗链核素的燃耗分析流程,并实现燃耗不确定性分析功能。在此基础上研究了裂变产额不确定性对球床高温气冷堆燃耗计算不确定性的贡献,并与VSOP的计算结果进行对比。计算分析结果显示,基于NUIT的精细燃耗计算结果和VSOP的燃耗计算结果得到了相互验证,且可以得到更多的核素浓度信息,该计算结果是开展球床高温气冷堆衰变热不确定性研究的基础。     

燃耗信任制下燃耗计算对临界计算的偏差及不确定度的研究

为量化燃耗信任制中燃耗计算传递给临界计算的不确定度,本文基于参数统计法对燃耗计算的核素偏差及偏差不确定度展开分析,并以蒙特卡罗（MC）抽样方法计算的kinf不确定度为基准,比较不同抽样方法对临界计算不确定度的影响。结果表明,核素偏差与偏差不确定度是随样品燃耗变化的分段函数。对于临界计算,拉丁超立方抽样（LHS）方法与MC抽样方法的kinf不确定度计算结果吻合较好,且LHS方法可考虑参数间的相关性,计算结果更真实,可进一步提升电厂的经济性。