[發明專利]一種獲得燃料棒內中子通量密度連續空間分布的方法

有效

• 申請號: 201810429293.3
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108763659B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 李云召;鄭琪;吳宏春;曹良志
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種獲得燃料棒內中子通量密度連續空間分布的方法，采用蒙特卡羅模擬方法，計數函數展開系數，再利用統計得到的展開系數重構空間上連續的通量分布，解決傳統蒙特卡羅方法計算燃料棒內通量分布不精細的問題；與傳統蒙特卡羅方法相比，本發明方法增加了連續通量分布的統計計算功能；在相同精度等級上，不用劃分過細的計數網格，使得不用太大的模擬歷史數就能達到預期的方差水平；該方法的粒子模擬和計數過程基于傳統蒙特卡羅方法，計數響應量不再用傳統積分量，而是統計展開系數，具有較高的通用性和可替換性，方便在已有計算程序的基礎上進行開發。

技術領域

本發明涉及核反應堆堆芯設計計算領域，具體涉及一種獲得燃料棒內中子通量密度連續空間分布的方法。

背景技術

在核反應堆堆芯設計過程中，為了精細考察燃料棒內的核素消耗過程與結余狀況，必須在全壽期內進行精細的中子輸運數值模擬計算。在眾多方法中，蒙特卡羅方法能結合粒子與介質原子核相互作用的物理過程，得到粒子在特定介質中輸運后的中子通量密度分布情況。由于該方法建模過程沒有引入近似，基于統計學理論，該方法在樣本數足夠多的情況下收斂于真解，所以該方法有較高的計算精度。蒙特卡羅方法被廣泛應用于屏蔽計算和反應堆物理計算中，是研究粒子輸運問題的重要工具。

傳統蒙特卡羅方法在模擬粒子輸運過程的基礎上，在特定的空間、角度、能量區域設置計數網格，通過統計模擬過程中粒子在相應區域中的徑跡長度或碰撞次數，得到該區域的中子通量計數。具體對應到在空間網格中的計數，可統計得到粒子在空間中的中子通量密度分布。

然而，該傳統方法得到的是某個區域網格內的積分量，通量分布的精細情況取決于網格劃分的精細程度。在一個計數網格中，只能得到該網格的積分通量，不能進一步得到更精細的分布，使得燃料棒的精細燃耗過程無法考慮。為了得到更精細的中子通量密度空間分布，可將空間網格劃分得更小，以減少近似。但是，網格劃分過細，單個區域過小，會造成計數值過小，從而造成統計中方差較大，若要減小方差，就要加大模擬次數。根據統計學理論，方差降低一個數量級，模擬歷史數要增加兩個數量級，使得實際計算在時間和計算資源的消耗上都很巨大。在壓水堆燃料設計計算的實際應用中，空間網格難以劃分到比反應堆燃料棒尺寸更小的尺寸。在計算壓水堆全堆問題時，燃料棒級別的網格大小對于蒙特卡羅方法來說也無法精確實現統計。這樣，棒內的精細通量分布就更難以用蒙特卡羅方法獲得。

在現代反應堆物理計算中，需要結合多物理耦合，對高保真需求逐步提高，單燃料棒內精細通量分布成為普遍需求。因此，在保證蒙特卡羅數值模擬精確的前提下，需要進一步考慮如何得到粒子通量在燃料棒內的空間精細分布。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種獲得燃料棒內中子通量密度連續空間分布的方法，采用蒙特卡羅模擬方法，計數函數展開系數，再利用統計得到的展開系數重構空間上連續的通量分布，解決傳統蒙特卡羅方法計算通量分布不精細的問題；與傳統蒙特卡羅方法相比，本發明方法增加了連續通量分布的統計計算功能；在相同精度等級上，不用劃分過細的計數網格，使得不用太大的模擬歷史數就能達到預期的方差水平；該方法的粒子模擬和計數過程基于傳統蒙特卡羅方法，計數響應量不再用傳統積分量，而是統計展開系數，具有較高的通用性和可替換性，方便在已有計算程序的基礎上進行開發。

為達到上述目的，本發明采取了以下技術方案予以實施：

一種獲得燃料棒內中子通量密度連續空間分布的方法，步驟如下：

步驟1：針對壓水堆燃料組件的問題，對每個組件在空間上劃分粗網格，粗網格即為單個燃料棒柵元的大小；在粗網格內選取勒讓德函數作為基函數，對燃料棒柵元內的粒子的通量在各個維度上進行勒讓德展開，如公式(1)：

式中：

x,y--二維空間坐標；

φ(x,y)--x,y處的通量值；