组件燃耗对堆芯裂变中子源参数的影响

在中子输运计算中，准确的裂变中子源是保证计算结果可靠性的前提和基础：随着组件燃耗的加深．^235U等核素不断消耗，^239Pu、^240Pu、^241Pu等核素不断积累，导致每次裂变产生的平均中子数v和裂变释放的平均能量E也随之变化，裂变中子源的归一化因子随燃耗增加而增加。因此，在中子输运计算中，必须考虑组件燃耗对堆芯的裂变中子源参数的影响。     

TOPAZ-Ⅱ反应堆燃耗计算研究

TOPAZ-Ⅱ属于结构紧凑、不均匀性较强的小型反应堆,它的燃耗计算不宜采用确定论程序。本工作利用日本原子力研究所开发的蒙特卡罗燃耗计算程序MVP-BURN,根据TOPAZ-Ⅱ的特点制定了合理的计算模型与方案,完成了较细致的燃耗计算,并给出了较全面的结果。本工作所建立的燃耗计算方法可为其他类似反应堆的燃耗计算提供方法上的参考。     

CENTER燃料组件堆内辐照考验燃耗计算研究

为验证中国工程试验堆（CENTER）燃料组件设计,在燃料组件正式定型前需开展组件辐照考验,CENTER燃料组件在高通量工程试验堆（HFETR）内采用随堆辐照方式进行辐照考验。根据CENTER燃料组件特点,开展了HFETR辐照考验CENTER燃料组件燃耗计算方法研究,确定了CENTER燃料组件辐照考验堆芯物理计算采用镶嵌耦合方法。结果表明,燃料组件平均燃耗计算值与测量值偏差为3.25%,满足辐照考验要求。      

轻水堆燃料组件计算程序包TPFAP

TPFAP是一个同时适用于PWR和BWR的穿透几率法燃料组件燃耗计算程序包。它首先利用碰撞几率方法在库能群结构下完成三区或四区圆环几何的栅元输运计算。载钆燃料棒或硼棒可燃毒物栅元的有效吸收截面由微燃耗程序CMB产生,两维穿透几率法组件计算是在(x,y)几何下进行。基模计算用来考虑中子泄漏修正。根据反应率等效,计算组件等效扩散参数。在每一燃料棒和可燃毒物棒进行燃耗计算,TPFAP给出每一燃耗步的组件和栅元少群截面、功率分布,提供核设计和安全分析所需参数。     

燃料组件截面参数处理程序FITLINK

ＦＩＴＬＩＮＫ是ＮＤＦＭＰＳ堆芯核设计和燃料管理程序系统的主要程序之一，是一个组件截面参数处理程序。程序主要考虑了堆芯燃料组件的燃耗深度、可溶硼浓度、功率密度、慢化剂密度和控制棒等参数对截面的影响。     

基于组件计算的燃耗实验基准题建模分析

组件计算在堆芯核设计中占有重要地位。组件程序的燃耗计算精度对核反应堆堆芯的功率分布、换料寿期及反应性控制设计方面具有重要意义。为了评估用于堆芯燃耗计算的多群常数库的准确性,本文运用DRAGON计算程序建立了燃耗实验计算模型,采用SFCOMPO-2.0燃耗实验基准题提供的乏燃料样品燃耗历史参数及最终核素组分信息,对Takahama-3反应堆、H.B. Robinson-2反应堆及Beznau-1反应堆系列样品进行了建模计算,并将计算结果与SFCOMPO-2.0数据库中的基准实验结果进行了对比和分析。结果表明:多数核素的模拟结果与基准值符合良好,误差在10%以内。同时本文对理论计算值与基准实验值存在差异较大的几种核素进行了相应讨论,并对样品计算结果进行了对比分析。     

热管式空间反应堆燃耗计算研究

针对热管式空间反应堆,基于OpenMC程序产生均匀化截面参数,并由确定论快堆分析程序SARAX进行堆芯输运及燃耗计算。以蒙特卡罗程序（MCNP）的输运计算结果以及MVP程序的燃耗计算结果作为参考解,通过对比稳态输运计算和燃耗计算的结果,证明了耦合的OpenMC和SARAX程序系统对于空间堆中子学分析和燃耗分析的适用性和高效性。为热管式空间反应堆的设计分析提供了参考。      

板型元件组件少群参数计算程序PICM研究

针对板型元件组件少群参数计算问题,对组件几何模型建立、燃料板共振计算、板型元件组件中子输运计算以及整个计算流程进行研究,并以此为基础编制板型元件组件计算程序PICM。通过对国际原子能机构(IAEA)板型基准问题的计算来验证PICM程序的计算正确性,结果表明PICM程序能够准确进行板型元件组件少群参数的计算。     

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。     

COSINE软件包组件计算程序LATC的燃耗计算模块开发与验证

燃耗计算是反应堆组件参数计算程序的核心功能之一,其计算精度直接影响堆芯物理计算精度。本文系统研究了组件参数计算程序中燃耗计算方法,建立了燃耗计算理论模型,给出了能有效解决燃耗方程刚性的数值方法,根据此方法编制了LATC程序的燃耗计算模块并进行了数值验证。计算结果表明,该燃耗计算模块精度较高,在大燃耗步、深燃耗下仍可得到合理可信的结果。     

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。     

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。     

Advanced Burnup Calculation Code System in a Subcritical State with Continuous-Energy Monte Carlo Code for Fusion-Fission Hybrid Reactor

The fusion-fission (FF) hybrid reactor is a promising energy source that is thought to act as a bridge between the existing fission reactor and the genuine fusion reactor in the future. The burnup calculation system that aims at precise burnup calculations of a subcritical system was developed for the detailed design of the FF hybrid reactor, and the system consists of MCNP, ORIGEN, and postprocess codes. In the present study, the calculation system was substantially modified to improve the calculation accuracy and at the same time the calculation speed as well. The reaction rate estimation can be carried out accurately with the present system that uses track-length (TL) data in the continuous-energy treatment. As for the speed-up of the reaction rate calculation, a new TL data bunching scheme was developed so that only necessary TL data are used as long as the accuracy of the point-wise nuclear data is conserved. With the present system, an example analysis result for our proposed FF hybrid reactor is described, showing that the computation time could really be saved with the same accuracy as before.     

球床高温堆平衡态燃耗计算程序的开发

基于MCNP5和ORIGEN2耦合方法,开发了平衡态下球床高温堆的燃耗计算程序PBRE,用于堆的性能价值分析。为节省蒙特卡罗计算时间,对迭代收敛的方法进行优化,使之可在10个迭代步内收敛。使用PBRE对清华大学HTR-10进行建模计算,得到的平均卸料燃耗深度与文献报道值一致,表明PBRE程序适用于球床堆平衡态的燃耗分析。     

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。     

高阶预估-校正燃耗方法在压水堆组件计算中的应用

压水堆燃料组件输运燃耗耦合计算通常采用的是传统的预估-校正(PC)燃耗方法。然而,该方法本身的假设导致其存在一定的计算误差。为进一步提高燃耗计算的精度,本文针对传统的预估-校正燃耗方法的缺陷研究了改进的预估-校正燃耗方法,改进了对核反应率进行修正的高阶预估-校正燃耗方法,并在Bamboo-Lattice程序中进行了程序实现,对该方法进行了验证分析。结果表明:改进的预估-校正燃耗方法和高阶预估-校正燃耗方法在保证计算效率的前提下提高了燃耗计算的精度。     

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。     

聚变-裂变混合能源堆一维计算模型燃耗分析

聚变-裂变混合能源堆包括聚变中子源和以天然铀为燃料、水为冷却剂的次临界包层,主要目标是生产电力。利用输运燃耗耦合程序系统MCORGS计算了混合能源堆一维模型的燃耗,给出了中子有效增殖因数k_eff、能量放大倍数M、氚增殖比TBR等物理量随时间的变化。通过分析能谱和重要核素随燃耗时间的变化,说明混合能源堆与核燃料增殖、核废料嬗变混合堆的不同特点。本文给出的结果可作为混合堆中子输运、燃耗分析程序校验的参考数据,为混合堆概念研究提供了基础数据。     

基于CASMO5的燃耗历史对乏燃料反应性的影响计算

基于乏燃料贮存领域常用的锕系加裂变产物(APU-2)级燃耗信任制,应用二维组件燃耗计算程序CASMO5,计算了燃耗过程中功率密度和运行历史对乏燃料k∞的影响。结果表明:燃耗计算中,选择堆芯额定功率对应的平均功率密度,同时k∞附加0.002 3的包络裕度,运行历史选择循环内及循环间无停堆额定功率运行,同时k∞附加0.004 5的包络裕度,可满足燃耗信任制中包络性原则。