基于分子干涉函数的光子-原子相干散射截面计算方法研究

X射线衍射在物质结构分析和材料无损检测领域有着广泛的应用,其基本物理原理为光子与物质发生的相干散射。传统的相干散射截面计算方法基于独立原子形状因子近似方法,忽略了光子动量转移较小时与原子发生相互作用时的分子干涉效应,影响相干散射截面的计算精度。因此,为了获得光子动量转移较小时精确的相干散射截面,本文在核数据处理程序NECP-Atlas中对基于分子干涉函数的光子-原子相干散射截面计算方法进行研究,利用分子动力学模拟方法计算分子干涉函数,对蒙特卡罗程序使用的ACE格式数据库中的原子形状因子进行修正,并给出了模拟得到的水分子和乙醇分子的分子干涉函数,对基于独立原子形状因子近似方法和考虑分子干涉效应计算得到的水和乙醇的散射成像结果进行了对比分析。数值结果显示：基于分子动力学模拟得到的分子干涉函数计算得到的水的散射成像结果与文献结果吻合较好;同时,当光子动量转移较小时,分子干涉效应对相干散射的次级光子角度分布有着显著影响。本文建立的光子-原子相干散射截面计算方法可显著提高光子动量转移较小时的相干散射次级光子角度分布计算精度,可为X射线衍射模拟提供数据基础。     

非均匀变分节块法

传统的节块方法均属于均匀节块法,要求节块内的材料必须是均匀分布的。对于传统的固体燃料核反应堆,该近似处理带来的误差是可接受的;但对于液体燃料的熔盐堆,流动的燃料由于空间上连续变化的温度和核密度分布而具有连续变化的宏观截面,使传统的节块方法无法在保证计算精度的同时取得较高的效率。为尝试解决该问题,本文在一维扩散近似的情况下,基于变分节块法推导了能处理空间连续变化截面的非均匀变分节块法,并开发了相应的计算程序Violet-Het1D。数值结果表明,在相同的节块划分和展开阶数条件下,非均匀变分节块法和均匀变分节块法计算时间相当,但前者的计算精度高于后者。     

基于中子电报方程的均匀裸堆瞬态中子输运问题解析解研究

斐克定律作为扩散理论的基础,其本质是在中子输运方程的P₁近似方程(电报方程)的基础上进一步忽略了中子流密度关于时间的导数项,因此在瞬态过程中无法准确描述实际的中子动力学过程。本文基于单能中子电报动力学方程,针对一维无限大平板裸堆中子动力学问题,利用分离变量法推导了其解析解,并与扩散中子动力学方程的解析解进行了对比分析。研究发现：在瞬态变化过程中,电报方程的解与扩散方程的解相比,空间项仍保持余弦函数的形式,但是时间项的变化则更为复杂,一是时间项的级数组合形式受到问题的几何和材料的影响,二是高阶谐波表现出随时间振荡变化的规律。该研究结果可以为后续基于中子电报方程的数值理论研究提供参照和依据。     

非结构网格中子输运方程的球谐函数解法研究

从新的二阶自共扼角通量密度(SAAF：Self-Adjoint Angular Flux)中子输运方程出发．利用球谐函数对角度变量进行展开,导出了一组关于空间变量的偏微分方程组,中子通量密度的各个分量相互耦合,应用一定的迭代策略进行迭代求解。针对每一个方程,应用有限元方法对非结构网格进行离散求解。据此编写了二维球谐函数方法输运计算程序,对一系列基准题进行校算的数值结果表明,该方法具有较高的计算精度,克服了射线效应,并能用于非结构网格。     

铅铋冷却氮化物燃料小型模块化快中子反应堆堆芯物理特性分析

国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)认为小型模块化反应堆具有很好提高核能安全性、经济性和防止核扩散的能力,是未来核能最具发展前景的堆型之一。为适应未来核能发展的需求,提出了一种铅铋冷却氮化物燃料小型模块化反应堆(Small Modular Pb-Bi Cooled Reactor with Nitride Nuclear Fuel,SMPBN)设计方案,并利用PIJ组件计算程序和CITATION堆芯计算程序对SMPBN的物理特性和安全特性,包括反应性系数及其随燃耗变化、卸料燃耗、功率峰因子、燃料转换比和停堆余量等进行了深入分析。通过分析,认为SMPBN在20年寿期内,具有很好的燃料转换能力,不需要换料,反应性波动很小,反应性系数均为负值,具有固有安全性,符合国际上第四代反应堆的要求。     

中子输运方程的三角形节块SN方法研究

利用面积坐标思想,将任意三角形变换为正三角形,使用横向积分方法对正三角形节块进行处理.节块内横向积分通量、中子源的空间分布使用新的正交二次多项式近似;横向泄漏项的空间分布使用二阶多项式近似;中子通量和横向泄漏的角度通过离散纵坐标(SN)求积组离散.采用节块平衡有限差分方法建立稳定有效的迭代方案;编制了二维三角形节块SN输运计算程序(DNTR),对一系列基准题进行了验证.结果表明,本方法在同等计算精度下比细网差分程序(DOT4.2)快5～7倍,在同等计算精度和相同节块尺寸下比矩形离散节块输运方法(DNTM)快1～3倍,但DNTR程序可应用于非结构几何区域问题,具有DNTM等其它结构化节块SN程序无可比拟的优势.     

二维中子输运方程的非结构网格离散纵标数值解法

从一阶中子输运方程出发,对方向变量采用离散纵标法展开,得到一系列关于空间变量的偏微分方程,对这些方程采用最小二乘有限元方法进行离散.编制了二维中子输运方程的非结构网格离散纵标计算程序.对一系列基准问题做了验算,计算结果表明,该方法能用于非结构网格,并具有较高的计算精度.     

中子输运计算的角度多重网格加速和L-W外推加速技术

把角度多重网格(ANMG)加速方法及Lyusternik-Wagner(L-W)外推加速技术应用于三维多群离散纵标三角形节块稳态中子输运数值计算程序(DNTR).一系列输运问题的数值结果表明:ANMG加速方法具有较好的加速效果,且对强各向异性散射和强散射比问题有很强的适应性.在ANMG加速方法的基础上增加L-W外推加速技术后,可以使整体加速效果更加显著.     

基于NECP-X的全局-局部耦合共振自屏计算方法研究

为应对高保真共振自屏计算所遇到的挑战,提出了全局-局部耦合共振自屏计算方法。将所有共振自屏效应及相关效应分为全局的效应和局部的效应2类,其中全局的效应较弱或者与能量无关,而局部的效应较为强烈。因此将共振自屏计算分为全局计算、耦合计算和局部计算3个步骤:全局计算建立粗糙模型,采用中子流方法计算丹可夫修正因子,处理全局的效应;耦合计算根据丹可夫修正因子守恒将待求解问题中的燃料棒等效成一维模型;局部计算采用较为精确的共振伪核素子群方法,处理局部的效应。基于NECP-X实现了该方法,数值结果表明,该方法在效率方面比传统方法提高至少一个量级,无限介质增殖因数的计算精度也提高了100~300 pcm。     

核数据处理程序NECP-Atlas的开发与验证

本文开发了自主化的核数据处理程序NECP-Atlas,该程序将不同的核数据处理功能封装为不同的程序模块,可将评价核数据经过共振重构及线性化、多普勒展宽计算、不可分辨共振区处理、热中子散射计算、多群截面计算等过程,处理为WIMS-D/E格式多群数据库。采用WLUP（WIMSD library update project）基准题、国际临界安全基准题ICSBEP（international criticality safety benchmark evaluation project）等对NECP-Atlas加工产生的核数据进行验证,结果显示NECP-Atlas和NJOY-2016程序精度相当。