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原子能科学技术 2017年第3期51卷 450-456页

作者：宋英明高庆瑜徐宇超王珂杨永伟张璐谭至宇南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000

采用改进准静态近似与蒙特卡罗中子输运程序相结合(IQS/MC)的方法实现了加速器驱动的次临界系统(ads)中子时空动力学模拟计算。以加速器驱动嬗变研究装置的靶堆耦合参考方案物理模型为例,通过对束流瞬变引入和燃料组件提升两种工况进行... 详细信息

采用改进准静态近似与蒙特卡罗中子输运程序相结合(IQS/MC)的方法实现了加速器驱动的次临界系统(ads)中子时空动力学模拟计算。以加速器驱动嬗变研究装置的靶堆耦合参考方案物理模型为例,通过对束流瞬变引入和燃料组件提升两种工况进行动态模拟,计算得到了堆芯总的相对功率、分能群相对中子注量率及相对功率三维网格分布随时间的变化。将IQS/MC方法计算结果与点堆计算结果进行了对比分析,模拟结果符合物理规律,两种方法对比结果与国外相关文献一致,表明IQS/MC方法适用于ads次临界反应堆中子时空动力学过程的瞬态安全分析。

关键词： ads次临界反应堆中子时空动力学 IQS/MC方法数值模拟

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基于IQS/MC方法的ads次临界反应堆中子时空动力学模拟研究

基于IQS/MC方法的ADS次临界反应堆中子时空动力学模拟研究

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作者：高庆瑜南华大学

学位级别：硕士

加速器驱动次临界反应堆(ads)主要由散裂靶、加速器质子束流及次临界反应堆三者构成,与传统反应堆相比,ads次临界系统由于外中子源的存在极大地增加了次临界堆芯功率分布的非均匀性和堆内中子学过程的复杂性。本文将蒙特卡罗输运理论应... 详细信息

加速器驱动次临界反应堆(ads)主要由散裂靶、加速器质子束流及次临界反应堆三者构成,与传统反应堆相比,ads次临界系统由于外中子源的存在极大地增加了次临界堆芯功率分布的非均匀性和堆内中子学过程的复杂性。本文将蒙特卡罗输运理论应用到加速器驱动次临界反应堆中子时空动力学计算的时空变量分离方法框架之中,采用改进准静态近似与蒙特卡罗中子输运程序相结合的(IQS/MC)方法,对于带外源的ads次临界反应堆中子动力学过程,形状函数、动力学参数由蒙特卡罗程序计算得到,幅度函数与集总参数热工反馈模型进行耦合计算,并开发了ads次临界系统IQS/MC模拟计算程序可视化操作平台,该平台包含蒙特卡罗程序、动力学参数计算模块、IQS动力学模块、热工反馈模块、控制接口程序,能实现瞬态分析计算流程的自动计算和分步人机交互。基于此平台对ads参考方案物理模型进行束流倍增、燃料组件提升、失束流及无保护失流工况的瞬态模拟分析。通过对束流瞬变引入和燃料组件提升两种工况进行动态模拟,计算得到了堆芯总的相对功率、分能群相对中子注量率及相对功率三维网格分布随时间的变化。将IQS/MC方法计算的相对功率结果与点堆模型计算结果进行了对比分析,模拟结果符合物理规律,两种方法对比结果与国外相关文献一致,验证了IQS/MC方法适用于ads中子时空动力学模拟。通过断束流和无保护失流工况的动态模拟,得到堆芯分能群的相对中子注量率网格分布随时间的变化以及堆芯总的相对功率、燃料温度及冷却剂出口温度随时间的变化曲线。由计算结果可知,在ads中子时空动力学计算中,当束流中断时,堆芯相对功率能够对其作出瞬间的响应,而燃料温度和冷却剂出口温度随时间的变化趋势基本相同,但冷却剂出口温度对时间的响应慢于燃料温度对时间的响应。综上所述,在ads中子动力学计算中采用点堆动力学模型会对相对功率造成低估,不利于反应堆安全,而IQS/MC方法可避免这一问题,因此更适于ads中子学瞬态安全分析。

关键词： ads次临界反应堆中子时空动力学改进准静态近似 IQS/MC方法数值模拟

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动态参数形状函数和权重函数对ads次临界反应堆中子动力学的影响研究

动态参数形状函数和权重函数对ADS次临界反应堆中子动力学的影响...

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作者：侯丞南华大学

学位级别：硕士

加速器驱动次临界反应堆由于强外源的引入和深次临界特性,在加速器束流瞬变时,外源发生快速变化,在中子动力学上表现出较强的“时间-空间-能量”非均匀性,这给ads中子动力学分析带来了新的挑战。ads中子动力学研究通常采用的方法有点堆... 详细信息

加速器驱动次临界反应堆由于强外源的引入和深次临界特性,在加速器束流瞬变时,外源发生快速变化,在中子动力学上表现出较强的“时间-空间-能量”非均匀性,这给ads中子动力学分析带来了新的挑战。ads中子动力学研究通常采用的方法有点堆动力学和基于改进准静态方法(IQS)的时空动力学,其幅函数的计算均需要准确的中子学动态参数。动态参数由权重函数、动力学量算符和形状函数的内积得到。传统中子动力学方法常常采用λ基波中子通量密度作为形状函数、采用共轭λ基波中子通量密度作为权重函数,这适用于偏离临界不远的无外源系统;在ads次临界系统中如何选取权重函数和形状函数,是目前发展ads技术过程中亟待解决的关键问题。本文以动态参数的形状函数和权重函数为研究对象,分别采用λ基波中子通量密度、瞬发α基波中子通量密度、ads次临界反应堆稳态中子通量密度作为形状函数或初始形状函数、采用共轭λ基波中子通量密度、共轭瞬发α基波中子通量密度、ads次临界反应堆稳态共轭中子通量密度作为权重函数,分别编制点堆动力学程序和基于IQS的时空动力学程序,对ads次临界反应堆的启堆过程和断束工况的中子动力学进行模拟;并编制时空动力学方程直接求解程序获取基准值。通过中子动力学结果与基准值的对比发现:在点堆动力学模型中,形状函数是影响动态参数和中子动力学结果的主要因素;对于启堆过程,宜采用ads次临界反应堆稳态中子通量密度作为形状函数、ads次临界反应堆稳态共轭中子通量密度作为权重函数;对于断束工况,宜采用瞬发α基波中子通量密度作为权重函数、ads次临界反应堆稳态共轭中子通量密度作为权重函数。在IQS时空动力学模型中,权重函数是影响动态参数和中子动力学结果的主要因素;对于启堆过程,宜采用ads次临界反应堆稳态中子通量密度作为初始形状函数、共轭λ基波中子通量密度作为权重函数;对于断束工况,宜采用ads次临界反应堆稳态共轭中子通量密度作为权重函数。通过点堆动力学结果与IQS时空动力学结果的对比可以发现,IQS中子动力学的相对误差主要集中在外源瞬变后的短时间内,在这段时间内外源中子影响的非均匀分布会导致权重函数相对于外源瞬变的滞后性。基于以上分析,本文建立一种局部稳态权重函数模型,用裂变因子乘以权重系数作为中子价值方程的共轭外源项,以此描述共轭外源项在外源瞬变时分布的不均匀性。将局部稳态权重函数模型分别应用到外源驱动的一维平板堆和三维ads次临界反应堆中子动力学的计算中,通过与其他权重函数模型计算结果的对比,可以发现,在不同外源驱动模式下,局部稳态权重函数模型对降低IQS中子动力学结果的误差峰值均具有明显的效果,并且,其优势随着次临界度的加深而越发显著。

关键词：中子动力学 ads次临界反应堆权重函数点堆动力学模型改进的准静态方法

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高次谐波滤除方法在ads次临界堆瞬发中子衰减常数计算中的应用

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核动力工程 2013年第S1期34卷 14-17页

作者：谢金森于涛左国平何丽华李小华南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 中国原子能科学研究院反应堆工程设计研究所北京102413

欧盟开展的外源倍增(MUSE)系列实验表明:脉冲中子源(PNS)方法是一种适用于深次临界堆中子增殖系数(keff)测量的方法,在PNS方法中,瞬发中子衰减常数α的准确与否是精确测量keff的关键。本文针对"快热"耦合次临界装置——"... 详细信息

欧盟开展的外源倍增(MUSE)系列实验表明:脉冲中子源(PNS)方法是一种适用于深次临界堆中子增殖系数(keff)测量的方法,在PNS方法中,瞬发中子衰减常数α的准确与否是精确测量keff的关键。本文针对"快热"耦合次临界装置——"启明星1#"上的α测量进行分析,采用高次谐波滤除方法,得到拟合α值的时间区间,在该时间区间内得到的α与探测器位置无关。同时将由α计算出的次临界系统的瞬发中子倍增系数kp与蒙特卡罗程序(MCNP)计算结果进行对比分析,两者符合较好。研究表明:高次谐波滤除方法可有效避免α值测量依赖于探测器位置的问题,由该方法得到的α值可用于加速器驱动洁净核能系统(ads)次临界反应堆keff离线监督。

关键词： ads次临界反应堆瞬发中子衰减常数高次谐波

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基于“多模式”少群常数库的ads次临界堆束流瞬变中子时空动力学特性研究

基于“多模式”少群常数库的ADS次临界堆束流瞬变中子时空动力学...

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作者：邓年彪南华大学

学位级别：博士

加速器驱动次临界系统（ads）是嬗变高放长寿命核废物的强有力工具,束流瞬变对次临界堆的冲击是影响ads可靠运行的关键问题之一。ads次临界堆具有强“时间-空间”非均匀性及深次临界度等特点,导致传统中子动力学模型和分析方法难以直接... 详细信息

加速器驱动次临界系统（ads）是嬗变高放长寿命核废物的强有力工具,束流瞬变对次临界堆的冲击是影响ads可靠运行的关键问题之一。ads次临界堆具有强“时间-空间”非均匀性及深次临界度等特点,导致传统中子动力学模型和分析方法难以直接用于ads次临界堆束流瞬变动态特性研究,给ads次临界堆束流瞬变动态特性研究带来了挑战。开展强“时间-空间”非均匀性的ads次临界堆束流瞬变中子动力学模型与分析方法研究,对完善中子动力学理论,促进ads工程研发具有重要学术意义。本论文开展了适用于ads次临界堆强“时间-空间”非均匀性的“多模式”堆芯少群常数库的研究,基于ads次临界堆中子时空动力学方法,提出了一套具有强适应性的ads次临界堆束流瞬变中子时空动力学方法,开发了ads次临界堆中子动力学改进准静态堆芯扩散程序TRIONES,并应用于ads次临界堆束流瞬变动态特性影响分析研究。为解决采用现有单一“两步法”堆芯少群常数库无法描述ads次临界堆束流瞬变中子注量率强“时间-空间”非均匀性的问题,本论文提出了适用于ads次临界堆强“时间-空间”非均匀性的“多模式”堆芯少群常数库的研制方法。针对ads次临界堆的中子学特性,开展基于改进准静态方法的ads次临界堆中子时空动力学方法的研究,包括改进准静态方法:通过调整形状函数跟幅函数的时间步长,提升计算效率;形状函数的选取:考虑λ本征值中子注量率、稳态外源驱动中子注量率和α本征值中子注量率三种模式;权重函数的选取:考虑采用共轭λ本征值中子注量率;以及采用差分方法开展ads中子时空动力学直接时间离散方法的研究。开发了ads次临界堆中子动力学改进准静态堆芯扩散程序TRIONES,阐述其计算流程和相关计算模块的计算方法,并对TRIONES程序进行了验证。利用OpenMC程序构建ads次临界堆芯三维非均匀计算模型,产生ads次临界堆的均匀化12群常数库,并将其应用到TRIONES程序中,开展λ本征值（λ模式）、稳态外源驱动（S模式）和α本征值（α模式）三种模式的中子通量计算,归并、拟合产生可精确表征强“时间-空间”非均匀的“多模式”少群常数库,改进现有单一“两步法”群常数准静态模型,并实现束流瞬变“自适应调用”。基于束流瞬变工况时-空相关“多模式”堆芯少群常数,建立强“时间-空间”非均匀的ads次临界堆束流瞬变中子时空动力学方法,开展束流瞬变“多模式”堆芯少群常数库对ads次临界堆动态特性影响分析研究。分析ads次临界堆在不同束流瞬变工况（断束工况、启堆再断束工况和断束再恢复工况）下、不同位置（四个典型位置）处和不同次临界度(keff=0.99、0.96和0.93)下的中子动力学结果的变化规律,结果表明:对于束流瞬变工况,有束流工况采用S模式、无束流工况采用α模式的“多模式”堆芯少群常数库的中子动力学结果的误差最小,较现有单一“两步法”堆芯少群常数库能够更精准的表征在ads次临界反应堆中子动力学的时空演化特性。本论文基于束流瞬变工况时-空相关“多模式”堆芯少群常数改进准静态模型,提出了一套具有强适应性的ads次临界堆束流瞬变中子时空动力学方法,能够更精准的表征强“时间-空间”非均匀的ads次临界反应堆中子动力学的时空演化特性,完善了中子动力学理论,促进了ads工程研发。

关键词： “多模式”少群常数库 ads次临界反应堆束流瞬变动态特性中子时空动力学改进准静态方法

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ads次临界堆芯动态特性模拟

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南华大学学报（自然科学版） 2015年第2期29卷 10-13,19页

作者：吴超宇宋英明周剑良罗文朱志超南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

次临界反应堆依靠质子束打靶产生的中子来维持运行,其动态行为与普通临界堆不同.本文建立了铅铋次临界堆芯的动态模型,编写了相应的计算程序,验证了ads中子动力学模拟的正确性.本文分别模拟了冷却剂入口温度和流量变化对次临界堆的影响... 详细信息

次临界反应堆依靠质子束打靶产生的中子来维持运行,其动态行为与普通临界堆不同.本文建立了铅铋次临界堆芯的动态模型,编写了相应的计算程序,验证了ads中子动力学模拟的正确性.本文分别模拟了冷却剂入口温度和流量变化对次临界堆的影响.同时,模拟了不同加速器频率下,次临界反应堆的动态响应.结果表明,冷却剂入口温度和流量,均会影响次临界堆的安全运行;选择高频率的质子加速器可以保持次临界堆的稳定运行.

关键词： ads次临界反应堆动态特性模拟

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