[發明專利]一種基于蒙特卡羅方法制作聚變堆多群屏蔽數據庫的方法

有效

• 申請號: 202110882704.6
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113609099B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 賀清明;李捷;黃金龍;曹良志;吳宏春
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F16/21
• 分類號: G06F16/21;G06F16/2458;G06F17/18
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種基于蒙特卡羅方法制作聚變堆多群屏蔽數據庫的方法，步驟如下：1、將評價核數據庫加工成連續能量ACE格式核數據庫；2、對ACE格式數據庫中每種核素的所有散射反應道中的信息加和，獲得連續能量散射響應系數數據庫；3、根據聚變堆真實三維結構，設計簡化一維模型；4、采用蒙特卡羅方法，基于ACE格式數據庫和連續能量散射響應系數數據庫，計算簡化模型；5、根據得到的低階通量、高階通量以及高階散射反應率，獲得多群高階散射截面；6、將多群高階散射截面與多群屏蔽數據庫中的總截面、中子產生截面、吸收截面、低階散射截面、響應函數庫進行合并，產生新的聚變堆多群屏蔽數據庫。該數據庫使得聚變堆輻射屏蔽計算更加準確，降低其安全裕量。

技術領域

本發明涉及粒子輸運計算和輻射屏蔽計算領域，具體涉及一種基于蒙特卡羅方法制作聚變堆多群屏蔽數據庫的方法。

背景技術

在聚變堆設計過程中，堆芯及廠房的輻射屏蔽計算是一項關鍵性的任務。目前的輻射屏蔽計算采用兩種主流的方法：基于連續能量數據庫的蒙特卡羅方法；基于多群屏蔽數據庫的確定論方法。確定論方法的基本思想是對空間、角度、能量進行離散，求解離散后的粒子輸運方程，用離散的網格分布逼近連續分布。

采用確定論方法求解粒子輸運方程時，每次散射后粒子的出射角度可根據函數展開的方法進行處理。已經證明，粒子輸運方程中角通量密度的零階展開系數即為全角度空間積分的粒子通量密度，或稱為低階通量；展開系數大于等于一階即為高階通量。對散射截面也需要進行函數展開，展開系數為零階即為低階散射截面，展開系數大于等于一階即為高階散射截面。

多群屏蔽數據庫，即為采用權重函數加權平均的、隨能量段離散分布的數據庫。權重函數的選取直接影響多群屏蔽數據庫的精度。在制作多群屏蔽數據庫時，需要先對計算模型進行簡化得到簡化模型，然后計算簡化模型，用簡化模型中的通量密度作為權重函數進行加權平均。根據計算簡化模型時采用的方法，可以將制作多群數據庫的方法分為兩大類。第一類為基于確定論的制作多群屏蔽數據庫的方法，第二類為基于統計學的制作多群屏蔽數據庫的方法。基于統計學的制作多群屏蔽數據庫的方法，采用蒙特卡羅方法計算簡化模型，統計得到簡化模型中的通量密度和各類反應的反應率，如總反應率、吸收反應率、散射反應率、高階散射反應率等。該類方法基于連續能量數據庫，直接模擬粒子的輸運過程，不進行方程的離散，避免了離散帶來的誤差。

但是，傳統的基于統計學的制作多群屏蔽數據庫的方法，稱為傳統的統計學方法，存在一些問題。第一，高階散射反應率的維度多于其它反應率的維度，相同計算條件下，高階散射反應率的統計波動更大，更難收斂。第二，理論上應該基于高階通量獲得高階散射截面，但是目前傳統的統計學方法仍基于低階通量獲得高階散射截面，因此傳統的統計學方法獲得的高階散射截面存在系統性偏差，導致制作出的聚變堆多群屏蔽數據庫不夠精確，使得在聚變堆輻射屏蔽設計時需要考慮更多的安全裕量，降低聚變堆輻射屏蔽設計的經濟性。

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基于蒙特卡羅方法制作聚變堆多群屏蔽數據庫的方法，該數據庫的制作方法是將連續能量數據庫中每個散射反應道的信息提前加和，制作成連續能量散射響應系數數據庫。在進行聚變堆簡化模型的蒙特卡羅模擬時，統計獲得高階散射反應率。采用連續能量散射響應系數數據庫避免了傳統的統計學方法中為了獲得高階散射反應率而必須的反應道抽樣，從而降低了高階散射反應率的統計維度，減小了高階散射反應率的統計波動。同時，該方法基于無限均勻介質近似和零階曲率近似，得到高階通量的統計公式，可以在獲得低階通量的同時直接獲得高階通量，將獲得的高階通量代入高階散射截面的求解公式中，即可獲得多群高階散射截面，保證了程序開發與理論推導的一致性。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案予以實施：

一種基于蒙特卡羅方法制作聚變堆多群屏蔽數據庫的方法，步驟如下：

步驟1：利用核數據庫加工軟件，將評價核數據庫加工成連續能量ACE格式核數據庫，簡稱ACE格式數據庫；