用于反应堆物理计算程序适用性验证的方法技术

本发明专利技术公开了用于反应堆物理计算程序适用性验证的方法，1、对现有的临界实验系统和新型核反应堆系统进行敏感性分析，获得有效增殖系数关于多群截面的相对灵敏度系数向量；2、计算各个临界实验系统和新型核反应堆系统之间的相关性系数，并挑选出满足相似性限值的临界实验系统；3、计算多群截面的相对调整量，使得Monte‑Carlo程序对挑选出来的临界实验系统有效增殖系数的计算结果与实测结果之间的偏差整体达到最小；4、调整Monto‑Carlo程序对新型核反应堆系统有效增殖系数的计算结果，并将其作为“实测结果”的最优估计值，用于验证待验证核反应堆物理计算程序对新型核反应堆系统设计分析的适用性。

【技术实现步骤摘要】
用于反应堆物理计算程序适用性验证的方法
本专利技术涉及核反应堆安全
，是一种用于核反应堆物理计算程序适用性验证的方法。
技术介绍
核反应堆是一个多尺度、多物理耦合的复杂系统，计算程序广泛地应用于核反应堆的设计分析和研究工作。其中，反应堆物理计算是核反应堆系统设计、安全分析和性能评估的基础，其计算结果将直接影响核反应堆的安全性和经济性。因此，反应堆物理计算程序有着严格的验证和确认方法：首先通过与解析结果对比的方法检验程序中计算模型的求解精度；然后通过与大量临界实验系统实测结果对比的方法检验程序模拟结果的正确性和真实性。随着核能的不断发展和应用需求的不断扩大，新型核反应堆设计方案被不断地提出，设计方案的可行性和安全性需要利用成熟的反应堆物理计算程序对其进行研究和分析。但是，现有的成熟的反应堆物理计算程序的验证和确认工作是基于传统的核反应堆的临界实验系统建立的，是否适用于新型核反应堆系统的设计分析需要增加对程序的验证和确认工作。因此，将成熟的反应堆物理计算程序用于新型核反应堆系统的设计分析，需要进一步对其进行程序的适用性验证。根据传统的反应堆物理计算程序的验证和确认方法，需要建造新型核反应堆对应的临界实验系统，并测量得到这些临界实验系统的实测结果用于程序的验证和确认工作。新型核反应堆临界实验系统的建造不仅工程代价高、建设周期长，而且存在一定的风险性，远无法满足核能的快速、安全的发展需求。因此，亟需研究一种反应堆物理计算程序适用性验证的方法，科学快速地评估成熟的核反应堆物理计算程序对新型核反应堆系统设计分析的适用性。
技术实现思路
为了在不建造新型核反应堆临界实验系统的前提下实现对成熟的反应堆物理计算程序适用性的验证研究，本专利技术的目的在于提供一种用于核反应堆物理计算程序适用性验证的方法，基于敏感性和不确定性分析技术和已有的核反应堆系统临界实验的实测结果，能够科学快速地验证反应堆物理计算程序对新型核反应堆系统的适用性。为了实现对反应堆物理计算程序的适用性验证，本专利技术的技术方案概括如下：一种用于反应堆物理计算程序适用性验证的方法，包括如下步骤：步骤1：对现有的临界实验系统和新型核反应堆系统进行敏感性分析，获得临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff关于多群截面的相对灵敏度系数向量；将有效增殖系数keff关于多群截面的相对灵敏度系数写成向量的形式，表示为式中：σ——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面组成的向量；σi——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面向量σ中第i个截面；——keff关于多群截面σi的相对灵敏度系数；M——所有核素、所有类型反应道和所有能群数目的加和值，表示为：式中：Ng——多群截面的能群数目；Niso——不同核素的数目；——核素i所有反应道类型数目；用和分别表示临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的相对灵敏度系数向量；步骤2：基于步骤1中的相对灵敏度系数向量和进行不确定性分析计算，获得新型核反应堆系统和各个临界实验系统之间的相关性系数；所述的不确定性分析旨在计算新型核反应堆系统和各个临界实验系统的有效增殖系数keff之间的相对协方差矩阵，由公式(4)计算：式中：Cσσ——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面相对协方差矩阵；Ca,e——临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff之间的相对协方差矩阵；var(a,a)——新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的相对方差；var(e,e)——临界实验系统的有效增殖系数keff的相对方差；cov(a,e)——临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的相对协方差，数值上与cov(e,a)相同；根据相对协方差矩阵Ca,e，新型核反应堆系统和临界实验系统的相关性系数ca,e按照公式(5)计算得到：相关性系数ca,e表示了临界实验系统和新型核反应堆系统在中子学层面上的相似程度，该值越接近1.0表示系统之间的相似程度越高，该值等于1.0表示两个系统完全相同；根据相似性挑选限值ξρ，挑选出满足条件ca,e≥ξρ的临界实验作为反应堆物理计算程序适用性验证的实验基础；步骤3：采用Monte‐Carlo程序对步骤2中挑选出来的临界实验系统进行精确建模，获得临界实验系统的有效增殖系数keff的计算结果k＝[k1,k2,…,kI]，其中I表示挑选后的临界实验系统的数目；对应的临界实验系统的有效增殖系数keff的实测结果表示为m＝[m1,m2,…,mI]；采用广义线性最小二乘方法，对多群截面进行调整，使得Monte‐Carlo程序对临界实验系统的有效增殖系数keff的计算结果k’与实测结果m之间的整体偏差达到最小；由此计算得到多群截面的相对调整量，表示为：式中：δσ——多群截面的相对调整量；Cσσ——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面相对协方差矩阵；Sk,σ——所有临界实验系统的有效增殖系数keff关于多群截面的相对灵敏度系数向量组成的矩阵：d——所有临界实验系统的有效增殖系数keff计算结果和实测结果之间的相对偏差，表示为：Cdd——所有临界实验系统的有效增殖系数keff偏差的相对协方差矩阵；——所有临界实验系统的有效增殖系数keff关于多群截面的相对灵敏度系数向量组成的矩阵Sk,σ的转置矩阵；步骤4：使用步骤3中得到的多群截面的相对调整量δσ，对Monte‐Carlo程序计算的新型核反应堆系统的计算结果keff,a进行调整，作为新型核反应堆系统的有效增殖系数keff“实测结果”的最优估计值ma；所述的新型核反应堆系统的有效增殖系数keff“实测结果”的最优估计值表示为：式中：ma——新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的“实测结果”的最优估计值；keff,a——新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的计算结果；δσi——多群截面σi的相对调整量，向量δσ中第i个值；使用待验证的核反应堆物理计算程序对新型核反应堆系统进行精确建模和模拟，计算结果表示为ka；采用新型核反应堆系统的有效增殖系数keff“实测结果”的最优估计值ma对ka进行验证，定义计算偏差为|ka-ma|，检验计算偏差是否在计算接受误差范围，即检验偏差限值ε之内：若|ka-ma|>ε，则待验证的反应堆物理计算程序不适应于新型核反应堆的设计分析；若|ka-ma|≤ε，则待验证的反应堆物理计算程序适用于新型核反应堆系统的设计分析。步骤2所述相似性挑选限值ξρ取值为ξρ＝0.9。步骤4所述检验偏差限值ε取值为0.5％。与传统的反应堆物理计算程序验证和确认方法相比，本专利技术有如下突出优点：1、本专利技术无需建造新型核反应堆相关的临界实验系统，节约工程建设成本，并大大减少程序适用性验证周期。2、基于敏感性和不确定性分析技术，从中子学角度量化临界实验系统和新型核反应堆系统之间的相关性，从而保障用于反应堆物理计算程序适用性验证的临界实验的可靠性。3、采用核数据库调整技术，获得新型核反应堆系统有效增殖系数keff“实测结果”的最优估计值，作为反应堆物理计算程序适用性验证的基础。附图说明图1为反应堆物理计算程序适用性验证流程图。具体实施方式本专利技术基于敏感性和不确定性分析技术，采用广义线性最小二乘方法，在不建造新型核反应堆临界实验系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于反应堆物理计算程序适用性验证的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：对现有的临界实验系统和新型核反应堆系统进行敏感性分析，获得临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数k

【技术特征摘要】
1.一种用于反应堆物理计算程序适用性验证的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：对现有的临界实验系统和新型核反应堆系统进行敏感性分析，获得临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff关于多群截面的相对灵敏度系数向量；将有效增殖系数keff关于多群截面的相对灵敏度系数写成向量的形式，表示为式中：σ——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面组成的向量；σi——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面向量σ中第i个截面；——keff关于多群截面σi的相对灵敏度系数；M——所有核素、所有类型反应道和所有能群数目的加和值，表示为：式中：Ng——多群截面的能群数目；Niso——不同核素的数目；——核素i所有反应道类型数目；用和分别表示临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的相对灵敏度系数向量；步骤2：基于步骤1中的相对灵敏度系数向量和进行不确定性分析计算，获得新型核反应堆系统和各个临界实验系统之间的相关性系数；所述的不确定性分析旨在计算新型核反应堆系统和各个临界实验系统的有效增殖系数keff之间的相对协方差矩阵，由公式(4)计算：式中：Cσσ——所有核素、所有类型反应道和所有能群的多群截面相对协方差矩阵；Ca,e——临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff之间的相对协方差矩阵；var(a,a)——新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的相对方差；var(e,e)——临界实验系统的有效增殖系数keff的相对方差；cov(a,e)——临界实验系统和新型核反应堆系统的有效增殖系数keff的相对协方差，数值上与cov(e,a)相同；根据相对协方差矩阵Ca,e，新型核反应堆系统和临界实验系统的相关性系数ca,e按照公式(5)计算得到：相关性系数ca,e表示了临界实验系统和新型核反应堆系统在中子学层面上的相似程度，该值越接近1.0表示系统之间的相似程度越高，该值等于1.0表示两个系统完全相同；根据相似性挑选限值ξρ，挑选出满足条件ca,e≥ξρ的临界实验系统作为反应堆物理计算程序适用性验证的基础；步骤3：采用Monte-Carlo程序对步骤2中挑选出来的临界实验系统进行精确建模，获得临界实验系统的有效增殖系数keff的计算结果k＝[k1,k2,…,kI]，其中I表示挑选后的临界...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑友琦，万承辉，曹良志，吴宏春，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61