基于计数器数据分解的RMC全堆燃耗计算研究

内存不足是蒙特卡罗方法大规模输运模拟的关键问题。对于反应堆燃耗分析,需在输运过程中统计大量反应截面数据,计算机内存限制了燃耗计算规模。本文基于反应堆蒙特卡罗程序(RMC),利用数据分解方法对计数器数据并行存储,并与点燃耗并行耦合,实现计数器数据分解和燃耗数据分解的综合并行方法。对全堆基准题进行数值测试,结果表明综合并行方法可明显降低计算内存,验证了数据分解对蒙特卡罗大规模燃耗分析的有效性。     

大内存精细反应堆模型的蒙特卡罗区域分解并行计算

随着对核反应堆的数值模拟描述越来越精细,全堆芯pin-by-pin精细建模需要的几何数量越来越多,对计算机内存提出了更高要求。本文针对大内存模型对蒙特卡罗组合几何区域分解的并行算法开展研究,详细阐述了基于树结构存储的区域剖分算法,并使用区域分解技术计算了大亚湾核电站压水堆的全堆芯pin-by-pin模型,初步验证了算法的可行性和正确性,为精细模型的输运燃耗耦合计算提供了可行性。     

中子输运蒙特卡罗模拟的区域分解方法研究

蒙特卡罗模拟方法在反应堆物理分析中的发展和应用受到计算机内存不足的限制,区域分解是一种解决方法。本文将区域分解方法应用于中子输运蒙特卡罗模拟过程,基于反应堆蒙特卡罗程序RMC,实现区域分解基本功能,并测试、分析了其并行性能。结果表明,负载均衡与通信性能是影响区域分解方法的关键因素。对区域分解方法的结果可重复性问题进行了研究,提出对源中子进行排序的实现方法。     

节块法与蒙特卡罗方法耦合计算研究

普通节块法无法在计算中获得不同组件内精细中子通量密度分布的信息。本文提出一种利用入射角通量将节块法与蒙特卡罗方法相耦合的方法(节块-蒙卡入射角通量耦合方法),并编制了计算程序进行验证。结果表明:本文计算结果与参考值相符,节块-蒙卡入射角通量耦合方法适用于局部特定位置精细中子通量密度等参数的计算,计算效率高,计算结果准确。     

连续能量核数据敏感性分析及其在AP1000中的应用

AP1000是典型的第三代核电技术,对AP1000反应堆进行核数据的敏感性分析是不确定度量化分析的基础,对AP1000后续的安全分析有重要作用。本文基于反复裂变几率方法在蒙特卡罗前向计算中求解共轭通量,并根据一阶微扰理论得到keff对核数据的灵敏度系数。针对反复裂变几率方法普遍存在占用内存大的问题,采用稀疏矩阵的存储方式降低内存。针对计数效率低、统计涨落大的问题,采用重叠块法提高计数效率。通过在蒙特卡罗程序NECP-MCX中开发连续能量核数据敏感性分析功能模块,并对AP1000进行连续能量核数据灵敏度系数的计算,得到了对keff的灵敏度系数影响较大的核数据,同时将计算结果与MCNP6进行了比较。结果表明,NECP-MCX和MCNP6的计算结果吻合较好。     

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。     

RMC程序敏感性分析功能的并行策略与验证

针对堆用蒙特卡罗程序(RMC)中的有效增殖系数(keff)敏感性分析功能,为提高计算效率并降低内存占用,在RMC中实现了分别基于下一代裂变中子数以及中子产生率的伴随注量率估计方法的2种并行策略,并使用无限均匀介质多群算例和连续能量算例对该功能进行验证。结果表明,2种并行策略所求得的敏感性系数均与解析解、蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP6)的计算结果吻合良好,计算速度为MCNP6的3倍左右,统计不同核素的总截面敏感性系数的品质因子为MCNP6的4~8倍左右。     

基于Geant4的正比计数器能量响应分析

重点研究了圆柱形正比计数器对不同能量γ射线的响应情况,利用蒙特卡罗方法计算了各能量 γ射线在计数器中的沉积能量值,鉴于气体中原子电离的统计涨落特性,在沉积能量的基础之上利用统计学方法简单计算了原子电离所产生的离子对数,并将其近似为计数器的能量响应情况.提供了一种正比计数器能量响应的分析方法,并利用这种方法分析了正比计数器的能量响应特性.     

蒙卡-点核耦合方法计算核设施退役辐射场

在核设施退役过程中,随着退役设备的拆除,需要计算其三维辐射场的分布,并对核退役场景进行快速、精确的剂量计算和评估,以降低辐射对人员和环境的危害。目前,使用单一的确定论方法和随机性方法计算结构复杂的辐射场均存在不足,无法快速准确的计算退役设施辐射场的分布,而蒙卡-点核耦合计算可精确快速给出辐射场的分布,因此,利用蒙卡-点核耦合方法计算退役辐射场。对多点源辐射场模型计算结果表明,蒙卡-点核耦合计算比单一点核方法计算误差精度提高约1～2个数量级,相比于单一的蒙特卡罗计算可节约几十倍的时间;同时,蒙卡-点核耦合计算对体源模型的计算结果表明,耦合计算比单一的蒙卡方法计算速度提高几十倍,且最大相对误差在30%以内,计算精度较高。基于蒙卡-点核耦合计算方法,初步开发了核设施退役三维辐射场计算程序软件。     

蒙特卡罗方法在维修过程仿真中的应用研究

介绍了设备在最小维修条件下寿命过程的两种蒙特卡罗仿真方法:间隔时间产生法、尺度变换法,并对两种方法的特点以及适用范围进行了分析.针对于不完全维修条件下设备的寿命过程采用等效役龄回退因子进行建模,并提出了适用于该条件下的仿真方法.本文总结及提出的方法为应用蒙卡仿真方法计算维修策略提供了支持.     

SuperMC可视化方法及其在ITER Clite模型上的验证

随着反应堆模型设计的日益复杂,不直观地物理参数设置方式费时且容易出错,大大增加了蒙卡输运计算前期的计算成本.为了增强蒙特卡罗输运软件的可视化程度,本研究以中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC为平台,提出了一种基于数据预处理的权窗下边界值分布可视化方法,对生成的权窗下边界值的可靠性进行实时的检查.本文在ITER ...     

慢中子正比计数器探测效率研究

推导出典型几何计数器中子探测效率及热能谱修正系数。~3He和BF_3计数器热中子探测效率实测值与理论预言值满意地符合。在E>0.1eV能区,仅考虑~3He(n,p)反应的理论值低于蒙特卡罗计算值[已计及(n,n)反应]和实验值,而实验数据与蒙特卡罗计算结果较好地符合。     

一种特殊的北京谱仪事例起始时间计算方法介绍

阐述了一种特殊的北京谱仪III(BESIII)事例起始时间计算方法的基本原理和算法结构,利用漂移室击中信息寻找径迹段,通过对径迹段做直线拟合,最后计算BESIII事例起始时间。并通过蒙特卡罗数据进行调试和检验,证明了该算法的可靠性。     

人工智能方法在AWCC中3He管排布设计的应用

在有源井型符合中子计数器(AWCC)其他参数确定的情况下,使用人工智能算法寻找3He管的最佳排布方式,以提高设备的中子探测效率。首先对排布方案整体空间进行均匀抽样,再使用蒙特卡罗方法模拟AWCC探测过程,计算每种排布方式下的中子探测效率,从而生成数据样本供人工智能算法学习,然后使用深度神经网络（DNN）快速拟合出³He管排布与中子探测效率的关系,最后结合遗传算法寻找AWCC中³He管的最优排布方式。该方法的中子探测效率与蒙特卡罗计算结果的误差在可接受范围内,且筛选出的最优效率高于原设备的效率。该方法还可用于其他参数的优化设计,并拓展至解决多目标优化问题,为提高AWCC设计的智能性开辟了新途径。     

基于RMC的蒙特卡罗燃耗计算氙振荡抑制方法研究

蒙特卡罗燃耗计算模型为中子输运弱耦合系统时,计算结果会出现数值振荡,从而引入较大误差,甚至导致计算终止。蒙卡燃耗计算中出现的数值振荡主要由堆内的裂变毒物氙驱动,所以如何有效抑制氙振荡是蒙卡燃耗计算研究的内容之一。强制平衡氙方法在各燃耗步功率保持恒定时有很好的抑制效果,但在小步长变功率燃耗计算时,所得的计算结果存在显著偏差。目前,国际主流的反应堆基准题提出了变功率燃耗计算的需求,为抑制小步长变功率燃耗计算的氙振荡,在堆用蒙卡程序RMC中开发了通用平衡氙方法。本文介绍RMC中主要采用的平衡氙方法,包括强制平衡氙方法和通用平衡氙方法。对数值验证的计算结果进行分析和比较,结果表明通用平衡氙方法能有效抑制定功率及小步长变功率蒙特卡罗燃耗计算的氙振荡现象。     

JMCT蒙特卡罗中子-光子输运程序全堆芯pin-by-pin模型的模拟

几何栅元数超过千万、计数达数十亿、模拟粒子数达数百亿规模的反应堆全堆芯pin-by-pin问题是目前国际公认的挑战计算机和计算方法的难题。由于巨大的数据量已超过单核内存的极限,必须进行空间区域分解和数据分解。本文利用基于JCOGIN实体组合几何框架自主开发研制的三维中子 光子输运蒙特卡罗程序JMCT,通过空间区域分解和嵌套并行,完成了对大亚湾核电站1号机组反应堆全堆芯pin-by-pin模型的建模和模拟,计算给出了每个pin的注量率分布及其误差。     

三种解谱算法求解中子能谱的解谱效果比较

使用多球谱仪测量中子能谱时,需要使用"少道"解谱算法。为此,本文分别将迭代算法、蒙卡算法和遗传算法应用到中子能谱解谱中,通过MCNP模拟几种辐射防护常见的中子能谱,模拟得到探测器在各个球中的计数,然后使用迭代算法、蒙卡算法和遗传算法进行解谱,并对三种解谱算法的解谱效果进行比较。结果显示,三种算法均能够很好的完成解谱,且给出的中子注量、周围剂量当量和平均能量与参考值符合的也较好。另外,在典型的中子辐射场,三种算法的使用条件不同,可相互配合,较好的给出解谱结果。     

基于SART算法的CL硬化伪影校正方法研究

X射线薄板层析成像(CL)系统是一种针对板状构件的新型断层成像系统,该系统中存在射束硬化现象。本工作研究了一种基于SART算法的硬化伪影校正算法（SART-BHC算法）,通过对该算法的研究及对CL系统矩阵的计算,使该方法能应用于CL中。通过模拟与实验相结合的方式,利用蒙特卡罗方法获得CL投影的模拟数据,在实际CL中获得实验数据,然后利用SART-BHC与FPB算法对两种数据分别重建。结果表明,SART-BHC算法可应用于CL中,不需要任何先验知识,能很好地校正硬化伪影,并对层间混叠有抑制作用。     

能量拓展型长中子计数器响应特性研究

高能中子的测量在空间中子所致剂量评估和高能粒子加速器辐射防护等方面越来越重要。介绍了一种能量拓展型长中子计数器的性能研究模拟及测试结果。这种能量拓展型长中子计数器是基于De Pangher的设计,通过在长中子计数器内层慢化体嵌入金属铅和铬材料,利用中子与金属材料的（n,xn）增殖反应,改善了其高能响应。采用蒙特卡罗模拟优化了长中子计数器的结构,获得在1 keV～20 MeV、1 keV～150 MeV能量范围内最大值相对平均值偏差为12.2%响应特性曲线。利用Am-Be中子源和D-T中子源标准辐射场测试了长中子计数器的有效中心和能量响应,验证了长中子计数器在20 MeV内的能量响应。将实验结果与蒙特卡罗模拟计算相比较,结果表明：理论计算与实验在误差范围内一致。