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。     

基于切比雪夫有理逼近方法的蒙特卡罗燃耗计算研究与验证

燃耗计算在反应堆设计、分析研究中起着重要作用。相比于传统点燃耗算法,切比雪夫有理逼近方法(Chebyshev rational approximation method,CRAM)具有计算速度快、精度高的优点。基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统Super MC(Super Monte Carlo Simulation Program for Nuclear and Radiation Process),采用切比雪夫有理逼近方法和桶排序能量查找方法,进行了蒙特卡罗燃耗计算的初步研究与验证。通过燃料棒燃耗例题以及IAEA-ADS(International Atomic Energy Agency-Accelerator Driven Systems)国际基准题,初步验证了该燃耗计算方法的正确性,且IAEA-ADS基准题测试表明,与统一能量网格方法相比,桶排序能量查找方法在保证了计算效率的同时减少了内存开销。     

基于切比雪夫有理近似方法的点燃耗程序开发

基于切比雪夫有理近似方法（CRAM）开发了点燃耗求解程序。程序采用2套燃耗数据库,精细燃耗数据库和简化燃耗数据库,并将点燃耗程序与输运系统耦合。计算了定注量率辐照问题和衰变问题,以及JAEA轻水堆基准题,计算结果与国际知名程序对比。结果表明,程序在定注量率辐照问题和衰变问题的计算上,核子密度精度与ORIGEN2相当,单栅元和组件计算结果与HELIOS1.11以及参考解吻合良好。      

基于切比雪夫有理逼近和矩阵自适应降阶的活化计算方法

在核反应堆运行过程中,产生的大量中子对结构材料、回路中的腐蚀产物有很强的活化作用,从而对工作人员在运行、检修、退役等多个环节造成辐射危害。因此高精度、高效率的活化计算在反应堆设计和安全分析研究中有着重要的作用。切比雪夫有理逼近方法(Chebyshev rational approximation method,CRAM)相比于传统的活化计算方法,不需要单独处理短寿命核素,具有计算速度快、精度高、步长包容性好的优点。本文基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,采用切比雪夫有理逼近方法,并发展了基于深度优先搜索的活化链动态构建方法和大规模矩阵自适应降阶方法,进行了活化计算的初步研究。通过选用IAEA-ACB(International Atomic Energy Agency-Activation Calculation Benchmark)国际基准例题及压水堆燃料包壳材料例题,初步验证了该活化计算方法的正确性,且测试结果表明,本文发展的大规模矩阵自适应降阶方法能够有效的提高活化系数矩阵的求解效率。     

矩阵指数函数有理近似在点堆动力学中的应用

采用矩阵指数函数有理近似求解点堆动力学方程,研究了Padé近似、求积组有理近似(QRAM)和切比雪夫有理近似(CRAM)3种方法,并采用Richardson外推提高精度。计算结果表明,在大正反应性插入时,QRAM和CRAM的效果更好;外推后的Padé近似可能出现稳定性问题,其他2种方法稳定性较好。     

蒙特卡罗燃耗计算程序MCNTRANS的开发与验证

本文介绍了开发的蒙特卡罗燃耗计算程序MCNTRANS。MCNTRANS的中子学计算参数直接采用MCNP5程序的反应率计算值,燃耗计算方法采用图论算法跟踪燃耗链,同时,对实际燃耗过程进行详细分析以提高计算精度与程序适用性,并使用预估 校正方法以获取较大的燃耗计算步长。程序计算结果通过OECD/NEA与JAERI燃耗基准题实验结果进行验证,并与其他程序的计算结果进行比较。结果表明,MCNTRANS程序在不同燃耗深度下的计算结果和实验值与其他程序的计算值符合较好,部分锕系核素与裂变产物的计算精度更高。     

蒙卡燃耗计算程序的工程开发研究

分析了反应堆设计中燃耗计算程序的基本功能需求,指出了相关功能在传统确定论中的实现方式并不适用于蒙卡燃耗计算程序,针对蒙卡燃耗计算程序MOI精确组合几何与复杂燃耗链的特点,为MOI程序开发了应用于燃料/可燃毒物燃耗功能的混合燃耗模式,采用更精确的体移动实现调棒临界功能,同时还开发了复杂燃耗链下的再启动功能,初步实现了蒙卡燃耗计算程序MOI在工程上的可用性。     

基于高阶CRAM的燃耗程序开发与验证

本文基于高阶切比雪夫有理近似方法（CRAM）研制了点燃耗程序ICRAM,并内耦合于蒙特卡罗输运程序OpenMC,形成了一套燃耗计算分析程序OPICE。与传统部分分式分解（PFD）形式的CRAM相比,高阶不完全局部分解（IPF）形式的CRAM具有数值稳定性好、计算精度高和步长包容性更好等特点,满足高保真燃耗计算发展的需求。为提高耦合计算精度,OPICE采用了预估-校正和子步法两种耦合策略,支持纯衰变、定通量和定功率3种计算模式。通过OECD/NEA压水堆栅元燃耗基准题和快堆燃耗基准题的验证,程序计算结果与实验值及各参考值吻合良好,初步验证了OPICE的正确性与有效性。     

二维输运燃耗耦合程序开发与验证

为准确计算反应堆内燃耗问题,建立了基于二维离散纵标法及BATEMAN燃耗方法的输运燃耗耦合计算方法,并开发相应的计算程序。基于ENDF/B-Ⅶ评价库开发了175群中子和42群光子截面数据库MUSE-F1.0,采用OECD/NEA发布的MOX燃料快堆基准题对耦合计算方法及程序系统进行验证计算。结果表明,耦合计算程序结果与基准题吻合良好,误差在8%以内,初步验证了耦合计算程序在快堆嬗变工程应用中的可行性。     

堆用蒙卡程序燃耗计算功能开发

堆用蒙卡程序(RMC)是由清华大学工程物理系REAL实验室自主开发的用于反应堆物理分析的中子输运蒙卡程序,本文主要介绍其燃耗计算功能的开发与验证。RMC的燃耗计算功能具有的特点:内部耦合ORIGEN,相比于外耦合方式,更加灵活和高效;使用基于能谱的单群截面统计方法,可在保证精度的前提下,显著提高计算效率;采取预估修正和中点近似等多种燃耗步策略,减小大燃耗步长时的计算误差。通过计算压水堆栅元、沸水堆组件、快堆等一系列基准题和算例,验证了RMC燃耗计算的正确性和速度优势。     

Development and Validation of Burnup Code Based on High-order Chebyshev Rational Approximation Method

Based on high-order Chebyshev rational approximation method (CRAM), a point-burnup code named ICRAM was developed and internally coupled to Monte Carlo code OpenMC, forming a burnup calculation and analysis program OPICE. Compared with the traditional partial fraction decomposition (PFD) form of CRAM, the high-order incomplete partial fractions (IPF) form of CRAM has the characteristics of good numerical stability, high calculation accuracy and better step tolerance, etc., which meets the needs of high-fidelity burnup calculation development. In order to improve the accuracy of coupling calculations, two coupling strategies including prediction-correction method and sub-step method were implemented in OPICE. Three different calculation modes were supported by OPICE to execute the decay, constant flux and constant power calculations. By calculating the OECD/NEA burnup benchmark and fast reactor burnup benchmark, the calculation results of OPICE are in good agreement with the experimental data and each reference value. The correctness and validity of OPICE are verified preliminarily.     

基于最佳一致逼近多项式的燃耗计算方法研究

本文研究了一种基于最佳一致逼近多项式（MMPA）的燃耗计算方法求解燃耗方程。相比于切比雪夫有理近似方法（CRAM）和围道积分有理近似方法（QRAM）,MMPA方法只需一次矩阵求逆计算即可求解燃耗方程,且所有计算都是实数运算,具有数值稳定性好、求解效率高等优点。进一步研制了基于MMPA方法的点燃耗程序AMAC,并耦合蒙特卡罗输运程序OpenMC,采用衰变例题、固定辐照例题、OECD/NEA压水堆栅元燃耗基准题和沸水堆组件燃耗基准题进行验证,程序计算结果与实验值及各参考值吻合良好,初步验证了MMPA方法在理论和数值上的正确性和有效性。     

基于六角形节块法的行波堆燃耗程序HANDF-E

针对行波堆燃耗深、轴向非均匀性较强的特点,基于六角形节块法开发了宏观燃耗程序HANDF-E。对程序进行较算的结果表明,该程序计算精度较高,能满足行波堆深燃耗计算快速、准确的要求。采用不同能群结构进行堆芯计算的结果表明,在6群框架下行波堆计算能取得计算速度和精度的最优。     

消息传递并行燃耗程序MCBMPI的栅元验证

程序采用模块化思想,其中输运部分采用MCNP5程序的消息传递并行版本MCNP5MPI,燃耗计算采用截断泰勒展开的矩阵指数法、TTA线性子链解析法和高斯-赛德尔迭代法三者相结合的燃耗求解方法,并行策略为对多燃耗区采用区域分解的MPI消息传递并行,完成了并行化蒙特卡罗燃耗程序MCBMPI的研制。整个程序系统仅由MCNP5MPI和燃耗程序组成,其中燃耗程序包含了对多燃耗区的区域分解并行功能、核素转换与衰变计算功能以及与MCNP5MPI的数据交换功能。并以压水堆栅元燃耗基准题对程序进行验证,验证结果表明:该程序可用于多燃耗区的并行燃耗计算,伴随计算机硬件性能的改善可显著提高计算效率。     

Equivalence Relation Based on an Improved Rational Approximation

The equivalence relation between heterogeneous and homogeneous reactor systems was first established by Chernick & Vernon by using the rational approximation for the collision probabilities. The aim of this paper is to introduce refinements into the rational approximation. The parameters introduced are evaluated by separate considerations and are shown to be related to the Dancoff & Bell factors.

Throughout this work, narrow resonance considerations are invoked since partial neglect of scattering complicates the issue being studied.