一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法技术

一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法，通过将蒙特卡洛方法与确定论方法相结合，利用蒙特卡洛方法精细考虑快堆组件的共振效应，计算各个核素精确的多群微观总截面、裂变截面、弹性散射截面，同时利用确定论方法求解快堆组件的各阶弹性散射截面以及各阶中子通量矩，并以此将多群截面归并为少群截面；这种混合计算方法通用性强，适用范围广，可以产生高精度的快堆组件少群截面,为堆芯的核设计任务提供精确可靠的截面参数。

【技术实现步骤摘要】
一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法
本专利技术涉及核反应堆堆芯设计和核反应堆物理计算领域，是一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法。
技术介绍
为了快速、精确地求解堆芯中子学参数，基于“两步法”的方法成为快堆工程计算的主要方法。所谓“两步法”，第一步是对堆芯内各种组件材料进行建模并计算，获得组件内的中子通量密度分布从而归并出少群均匀化群截面；第二步是由前一步计算得到的均匀化参数对堆芯进行少群中子输运方程的求解，获取堆芯有效增殖因子、堆芯功率分布等物理量。计算少群截面采用的方法可分为蒙特卡洛方法以及确定论方法。蒙特卡洛方法是一种基于统计学的方法，它通过抽样大量粒子进行中子学特性的模拟，从而获得中子学相关的参数。确定论方法是通过各种理论或数值方法求解描述中子学特性的数学方程组，通过获取方程组的解获得中子学相关的参数。由于蒙特卡洛方法可以使用连续能量的数据库，同时对几何模型可以精确建模，因此其计算结果具有极高的精度。在蒙特卡洛计算中，少群截面的计算需要对核反应率、中子通量密度分布等信息进行统计。但当这些数值很小时，会难以获得准确的结果，例如高阶中子通量矩。由于在高阶散射截面的计算中需要用到高阶中子通量矩，而高阶中子通量矩又难以获得，因此在蒙特卡洛方法中引入了近似，它使用零阶中子通量矩对高阶散射截面进行计算。而在确定论方法中，可以利用数值方法计算出准确的高阶中子通量矩，避免了数值很小时计算结果不准确的问题。但在确定论方法中，少群截面计算结果的精确度取决于多群截面的计算结果，而多群截面的计算又与共振计算方法相关，因此使用确定论方法时须基于精度较高的共振计算方法。由于单独使用蒙特卡洛方法或确定论方法均有难以克服的缺点，因此有必要将这两种方法进行结合，专利技术一种高精度的快堆少群截面的混合计算方法。
技术实现思路
为了克服快堆少群截面计算中蒙特卡洛方法以及确定论方法的缺点，本专利技术在计算快堆少群截面的流程中同时使用蒙特卡洛方法和确定论方法，利用蒙特卡洛方法产生核素的微观总截面、裂变截面、弹性散射截面，利用确定论方法计算其他截面信息以及中子通量密度分布，以此获得高精度的快堆组件少群截面。为了实现以上目的，本专利技术采取如下的技术方案予以实施：一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法，包括如下步骤：步骤1：针对所需计算的任一快堆组件，读取该组件的几何信息以及相应材料组分的核素信息；步骤2：针对步骤1读取的几何信息及材料组分信息，读取所有材料中各个核素的微观非弹性散射截面值、每次裂变释放中子数、裂变谱信息；步骤3：根据步骤1读取的信息，通过指定蒙特卡洛计算的输入信息建立相应的计算模型并进行计算；在计算过程中统计各个核素在各个区域中的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布；步骤4：利用步骤3获得的各核素的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布，利用公式(1)求得各核素的多群微观总截面、微观裂变截面以及微观弹性散射截面；式中：σx,g——第g群的微观截面，下标x指代微观总截面、裂变截面或弹性散射截面Rx,g——第g群的微观反应率，下标x指代微观总反应率、裂变反应率或弹性散射反应率φg——第g群的中子通量密度分布步骤5：:利用公式(2)计算每个核素群到群的散射概率，再根据步骤4计算得到的各核素的多群微观弹性散射截面并利用公式(3)计算每个核素的弹性散射矩阵；式中：Fl(g→g')——第l阶由第g群散射到第g’群的散射概率α——(A‐1)2/(A+1)2，A为核素的原子质量μc——质心坐标系下的散射角余弦值f(E,μc)——散射概率函数Pl(μs)——关于μs的l阶勒让德多项式μs——实验室坐标系下的散射角余弦值ΔEg——第g群的能群间隔式中：——第l阶由第g群散射到第g’群的弹性散射截面σs,g——第g群的弹性散射截面步骤6：根据由步骤2至步骤5获得的各个核素的多群微观截面信息，结合步骤1读取的组件几何信息及材料信息，进行基于确定论方法的中子输运方程的求解，以此获得多群的各阶中子通量矩分布；步骤7：基于步骤2至步骤5获得的多群微观截面信息以及步骤6求解得到的多群的各阶中子通量矩分布，并利用公式(4)、(5)对多群微观截面进行能群、空间的归并，从而得到组件的少群截面；式中：σx,G,I——第G群、属于第I区的微观截面，下标x指代微观总截面、微观裂变截面σx,g,i——第g群、属于第i区的微观截面，下标x指代微观总截面、微观裂变截面φg,i——第g群、属于第i区的中子通量密度分布Vi——第i子区域的体积式中：——第l阶由第G群散射到第G’群、属于第I区的微观散射截面——第l阶由第g群散射到第g’群、属于第i区的微观散射截面——第g群、属于第i区的第l阶的中子通量密度分布。与现有技术相比，本专利技术有如下突出的优点：1.在混合计算方法中，多群微观总截面、裂变截面、弹性散射截面信息由蒙特卡洛方法进行计算，保证了高精度；2.在混合计算方法中，各阶的弹性散射矩阵由确定论方法进行计算，避免了蒙特卡洛方法中的近似，保证了散射截面精度；3.在混合计算方法中，各阶的中子通量矩由确定论方法进行计算，避免了蒙特卡洛方法中的近似；同时利用高阶中子通量矩对高阶散射截面进行能群及区域的归并，获得更加准确的少群截面。附图说明图1为快堆少群截面计算的混合方法流程图。图2为均匀问题各个核素24群微观截面的误差。图3为一维圆柱问题24群宏观总截面的误差。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明：本专利技术通过将蒙特卡洛方法与确定论方法相结合，利用蒙特卡洛方法精细考虑快堆组件的共振效应，计算各个核素精确的多群微观总截面、裂变截面、弹性散射截面，同时利用确定论方法求解快堆组件的各阶弹性散射截面以及各阶中子通量矩，以此将多群截面归并为少群截面，如图1所示，该专利技术包括如下步骤：步骤1：针对所需计算的任一快堆组件，读取该组件的几何信息以及相应材料组分的核素信息；步骤2：针对步骤1读取的几何信息及材料组分信息，读取所有材料中各个核素的微观非弹性散射截面值、每次裂变释放中子数、裂变谱信息；步骤3：根据步骤1读取的信息，通过指定蒙特卡洛计算的输入信息建立相应的计算模型并进行计算；在计算过程中统计各个核素在各个区域中的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布；步骤4：利用步骤3获得的各核素的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布，利用公式(1)求得各核素的多群微观总截面、微观裂变截面以及微观弹性散射截面；式中：σx,g——第g群的微观截面，下标x指代微观总截面、微观裂变截面或微观弹性散射截面Rx,g——第g群的微观反应率，下标x指代微观总反应率、微观裂变反应率或微观弹性散射反应率φg——第g群的中子通量密度分布步骤5：:利用公式(2)计算每个核素群到群的散射概率，再根据步骤4计算得到的各核素的多群微观弹性散射截面并利用公式(3)计算每个核素的弹性散射矩阵；式中：Fl(g→g')——第l阶由第g群散射到第g’群的散射概率α——(A‐1)2/(A+1)2，A为核素的原子质量μc——质心坐标系下的散射角余弦值f(E,μc)——散射概率函数Pl(μs)——关于μs的l阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：针对所需计算的任一快堆组件，读取该组件的几何信息以及相应材料组分的核素信息；步骤2：针对步骤1读取的几何信息及材料组分信息，读取所有材料中各个核素的微观非弹性散射截面值、每次裂变释放中子数、裂变谱信息；步骤3：根据步骤1读取的信息，通过指定蒙特卡洛计算的输入信息建立相应的计算模型并进行计算；在计算过程中统计各个核素在各个区域中的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布；步骤4：利用步骤3获得的各核素的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布，利用公式(1)求得各核素的多群微观总截面、微观裂变截面以及微观弹性散射截面；

【技术特征摘要】
1.一种获取快中子反应堆少群截面参数的混合计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：针对所需计算的任一快堆组件，读取该组件的几何信息以及相应材料组分的核素信息；步骤2：针对步骤1读取的几何信息及材料组分信息，读取所有材料中各个核素的微观非弹性散射截面值、每次裂变释放中子数、裂变谱信息；步骤3：根据步骤1读取的信息，通过指定蒙特卡洛计算的输入信息建立相应的计算模型并进行计算；在计算过程中统计各个核素在各个区域中的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布；步骤4：利用步骤3获得的各核素的多群总反应率、裂变反应率、弹性散射反应率以及中子通量密度分布，利用公式(1)求得各核素的多群微观总截面、微观裂变截面以及微观弹性散射截面；式中：σx,g——第g群的微观截面，下标x指代微观总截面、微观裂变截面或微观弹性散射截面Rx,g——第g群的微观反应率，下标x指代微观总反应率、微观裂变反应率或微观弹性散射反应率φg——第g群的中子通量密度分布步骤5：利用公式(2)计算每个核素群到群的散射概率，再根据步骤4计算得到的各核素的多群微观弹性散射截面并利用公式(3)计算每个核素的弹性散射矩阵；式中：Fl(g→g')——第l阶由第g群散射到第g’群的散射概率...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑友琦，杜夏楠，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