[發明專利]一種精確計算核反應堆內時空中子分布的方法

有效

• 申請號: 201710286988.6
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107122545B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 劉宙宇;王博;曹良志;吳宏春
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種精確計算核反應堆時空中子分布的方法，包括如下步驟：1、使用一步法直接求解穩態中子輸運方程獲得穩態狀態下的中子通量密度分布以及先驅核濃度；2、在0.25ms內求解時空中子輸運方程，通過0.25時刻的中子通量密度與中子通量密度形狀函數獲得0.25ms的幅值，此幅值作為點堆計算的初始值；3、在大步長內使用一步法計算時空中子輸運方程，獲得預估解，在極小步長內求解點堆方程，用點堆的幅值去校正中子通量密度；本發明通過改進現有的預估校正準靜態方法，在不顯著增加計算時間的前提下，能夠精確捕捉核反應堆在極短時間內中子的迅速變化，徹底克服傳統預估校正準靜態方法的缺陷，使其在高保真時空中子動力學計算中真正發揮作用。

技術領域

本發明涉及核反應堆堆芯設計和核安全技術領域，具體涉及一種精確計算核反應堆內時空中子分布的方法。

背景技術

在核電廠的設計中，核反應堆的設計一直處于最核心的地位，而在核反應堆的設計中，精確模擬核反應堆在瞬態過程中時在不同時間點以及不同位置處的中子分布一直是一個巨大的挑戰。目前數值模擬是核反應堆設計的最主要的手段，因此為了精確模擬核反應堆在瞬態過程中時在不同時間點以及不同位置處的中子分布，數值模擬計算的方法便顯得尤為重要。

近年來隨著計算機計算能力的大幅度提高，在數值模擬中采用高保真時空中子動力學模型已經成為國際的主流。高保真時空中子動力學能夠保證理論模型和計算模型不失真，計算所得解為真解，計算分辨率和計算精度高，計算結果精確，能夠達到高度保真的要求。要實現高保真時空中子動力學的計算，就必須采用一步法對核反應堆直接進行幾何建模，采用多能群結構，通過精確求解中子輸運方程，在計算過程中不引入幾何近似以及傳統兩步法均勻化帶來的誤差。通過高保真時空中子動力學的模擬可大大提高核反應堆設計的精確性，大幅度減少實驗量，提高反應堆的安全性和經濟性，對核反應堆改進設計和新型反應堆設計均具有重大的理論價值和應用前景。

但巨額的計算時間成為了限制高保真時空中子動力學計算發展的最主要瓶頸。國際上目前主要流行通過預估校正準靜態方法處理時空中子動力學中與時間相關的因素。在預估校正準靜態方法中，通過在較大時間步長內以高計算代價直接求解時空中子輸運方程獲得預估的中子分布，此為預估，再在此求解輸運方程的步長內以較小步長和較小計算代價求解點堆方程獲得校正的中子分布的幅值，最后在輸運計算的步長末通過校正的幅值去修正預估的中子分布的幅值，此為校正。但是預估校正準靜態方法在處理極短時間內核反應堆內中子迅速變化的情況時會出現較大的誤差，導致最終計算結果存在較大誤差，因此極大地限制了預估校正準靜態方法在高保真時空中子動力學中的應用。

因此，充分利用預估校正準靜態極大節省計算時間的優勢，并通過一定的手段克服預估校正準靜態在處理極短時間內核反應堆內中子迅速變化時失準的缺陷，才能使預估校正準靜態方法在高保真時空中子動力學的模擬中發揮真正的作用。

發明內容

為了克服上述現有技術的問題，解決在核反應堆功率急劇變化的情況下，預估校正準靜態方法計算失準的問題，本發明的目的是提出一種精確計算核反應堆內時空中子分布的方法，該方法在現有預估校正準靜態方法的基礎上，通過改進現有的預估校正準靜態方法，在不顯著增加計算時間的前提下，能夠精確捕捉核反應堆在極短時間內中子的迅速變化，徹底克服傳統預估校正準靜態方法的缺陷，使其在高保真時空中子動力學計算中真正發揮作用。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種精確計算核反應堆時空中子分布的方法，包括如下步驟：

步驟1：進行核反應堆穩態計算，采用一步法直接進行輸運計算，得到核反應堆處于穩態時每個能群、每個平源區的中子通量密度以及每個平源區內的每組緩發中子先驅核初始的濃度，具體包括如下步驟：

1)從截面文件中讀取各個材料的原始多群宏觀截面信息與動力學參數信息；

2)從輸入卡片中讀取核反應堆的幾何信息與計算條件信息；