[發(fā)明專利]基于QS/MC方法的ADS次臨界嬗變裝置中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)研究方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410506003.2
• 申請(qǐng)日: 2014-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN104318063A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋英明;羅文;吳超宇;朱志超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于QS/MC方法的ADS次臨界嬗變裝置中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)研究方法。

背景技術(shù)

加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)(ADS,Accelerator?Driven?Sub-critical?System)次臨界中子學(xué)為反應(yīng)堆物理學(xué)科的發(fā)展帶來(lái)新的動(dòng)力，各種分析方法在傳統(tǒng)的反應(yīng)堆物理框架中得到了全面的拓展和改進(jìn)。與傳統(tǒng)的臨界堆相比，ADS次臨界堆芯增加了反應(yīng)性控制裕度，使其具有很好的固有安全性，但同時(shí)外中子源的引入極大地增加了堆芯功率分布的非均勻性和堆內(nèi)中子學(xué)過(guò)程的復(fù)雜性。因此，針對(duì)散裂中子源與次臨堆芯耦合所獨(dú)有的中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)特性開展數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究一直都是ADS技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)。

國(guó)際上對(duì)于ADS次臨界堆中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)特性的模擬分析主要有解析法和數(shù)值法兩大類。基于時(shí)空變量分離法的中子動(dòng)力學(xué)模擬大多青睞于準(zhǔn)靜態(tài)方法，即將中子注量率分解為形狀函數(shù)和幅度函數(shù)n(t)的乘積進(jìn)行耦合交叉求解。采用確定論數(shù)值方法求解中子輸運(yùn)方程得到形狀函數(shù)，計(jì)算效率高，SN或PN方法也較為成熟，但計(jì)算結(jié)果要依賴于帶高能散裂外中子譜的次臨界堆芯材料中子宏觀反應(yīng)截面的準(zhǔn)確度。為規(guī)避確定論方法的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相繼開展了基于蒙特卡羅輸運(yùn)理論的中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)的研究工作。MCNPX(Monte?Carlo?N-Particle?Transport?Code?System?for?Multi-particle?and?High?Energy?Applications)程序是MCNP4C與LAHET程序的有機(jī)結(jié)合，可對(duì)能量高達(dá)GeV量級(jí)的各種粒子進(jìn)行模擬，適用于散裂外中子源驅(qū)動(dòng)的ADS次臨界堆內(nèi)中子輸運(yùn)計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了基于準(zhǔn)靜態(tài)近似與MCNPX程序相結(jié)合(QS/MC)方法的ADS次臨界嬗變裝置中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)研究方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于QS/MC方法的ADS次臨界嬗變裝置中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)研究方法，將MCNPX程序嵌入到QS體系框架之中，實(shí)現(xiàn)對(duì)散裂中子外源驅(qū)動(dòng)的次臨界堆芯中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)過(guò)程的全息蒙特卡羅數(shù)值模擬計(jì)算；以工業(yè)尺度的ADS次臨界嬗變系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)處于不同次臨界水平下的ADS次臨界堆芯中子動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行仿真研究，包括步驟：

(1)準(zhǔn)靜態(tài)(QS)方法求解中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)，根據(jù)QS方法的定義，對(duì)中子注量率進(jìn)行時(shí)間和空間變量分離，得到動(dòng)力學(xué)參數(shù)；

(2)利用MCNPX程序精確求解帶散裂中子源的ADS次臨界堆內(nèi)穩(wěn)態(tài)中子輸運(yùn)方程，可得到任意時(shí)刻的無(wú)約化形狀函數(shù)基于MCNPX程序輸出的原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過(guò)參數(shù)處理程序加工并給出每一步的動(dòng)力學(xué)計(jì)算參數(shù)、外源Q(t)以及QS方法所需的全部中間變量；

(3)利用QS動(dòng)力學(xué)程序?qū)崿F(xiàn)幅度函數(shù)的精細(xì)步長(zhǎng)計(jì)算得到n(t)，進(jìn)而歸并得到每一步的中子注量率設(shè)置適當(dāng)?shù)男螤詈瘮?shù)更新計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)QS/MC動(dòng)態(tài)耦合計(jì)算。

本發(fā)明提供了基于準(zhǔn)靜態(tài)近似與MCNPX程序相結(jié)合(QS/MC)方法的ADS次臨界嬗變裝置中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)研究方法，為下一步建設(shè)和發(fā)展我國(guó)先進(jìn)核裂變能體系A(chǔ)DS嬗變系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)集成裝置和工業(yè)示范裝置奠定時(shí)空動(dòng)力學(xué)仿真研究基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的基于QS/MC方法的中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的ADS次臨界堆芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的QS/MC方法模型與點(diǎn)堆模型計(jì)算結(jié)果比較示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所揭示的基于QS/MC方法的ADS次臨界嬗變裝置中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)研究方法，包括步驟：

①準(zhǔn)靜態(tài)(QS)方法求解中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)：

外源驅(qū)動(dòng)的次臨界堆中，描述中子時(shí)空動(dòng)力學(xué)行為的Boltamann方程形式如下：

與之相應(yīng)的時(shí)間相關(guān)的先驅(qū)核方程為：

其中：v－中子速度,φ－中子注量率,Σ_t－總截面,Σ_s－散射截面,Σ_f－裂變截面,S-外中子源,χ_p－瞬發(fā)中子能譜,χ_i－第i組緩發(fā)中子能譜,－總的緩發(fā)中子份額,ν－每次裂變的中子產(chǎn)額,λ_i－第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核衰變常數(shù),C_i－第i組緩發(fā)中子先驅(qū)核濃度,NDG－緩發(fā)中子先驅(qū)核總的組數(shù)。

根據(jù)QS方法的定義，對(duì)中子注量率進(jìn)行時(shí)間和空間變量分離：