一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法技术

本发明专利技术提供一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，能够在提高并行计算效率的同时能够大幅度减少同等堆芯几何下对内存的需求。所述方法包括：构建快堆堆芯几何模型，所述几何模型为六角形，根据离散的方位角、平面射线间距在构建好的几何模型上生成2D轨迹，并根据边界条件对生成的2D轨迹进行修正；其中，轨迹即射线；根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链，确定每条轨迹链的长度和数目，在l‑z平面上生成3D轨迹；将l‑z平面上生成的3D轨迹映射到真实三维几何中，生成真实的3D轨迹，对真实的3D轨迹进行追踪。本发明专利技术涉及中子物理与高性能计算的交叉技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法
本专利技术涉及中子物理与高性能计算的交叉
，特别是指一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法。
技术介绍
特征线(MOC,MethodOfCharacteristics)是一种最常见的用于中子输运计算的确定论方法，其主要是对角度变量进行离散，在空间离散角的射线上求解微分形式的中子输运方程。这些射线就被称为特征线，实际上是假想的中子在几何中运动的飞行路线。采用MOC方法进行输运计算，大致流程为：堆芯建模、网格细分、射线生成与追踪、输运扫描特征线并输出结果，其中，射线生成与追踪是承前启后的关键一步，其输入是堆芯建模几何，输出是输运扫描求解需要的数据。MOC方法是对角度变量(包括：方位角、极度)进行离散，让射线按照一定的角度生成。为了简化对射线的处理，通常需要对射线的角度、间距、数目进行一定的修正，使得射线能够规律性分布。采用角度离散化完成了对水堆四角形的射线生成与追踪部分，通过生成一组特定的方位角和极角，实现了对水堆的矩形单组件及全堆的射线生成和追踪，作为输运扫描的求解输入。针对四边形堆芯的射线生成与追踪技术较为成熟(参见“BoydW,ShanerS,LiL,etal.TheOpenMOCmethodofcharacteristicsneutralparticletransportcode[J].2014.”)。目前，针对快堆六角形通常都是在外面增加一层四边形，再按照四边形进行射线生成，从而引入了很多冗余的部分，因此在追踪部分都需要进行特殊处理且增加了对内存的需求，不适合在大规模并行求解计算。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，在提高并行计算效率的同时能够大幅度减少同等堆芯几何下对内存的需求。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，包括：构建快堆堆芯几何模型，所述几何模型为六角形；根据离散的方位角、平面射线间距在构建好的几何模型上生成2D轨迹，并根据边界条件对生成的2D轨迹进行修正；其中，轨迹即射线；根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链，确定每条轨迹链的长度和数目，在l-z平面上生成3D轨迹；将l-z平面上生成的3D轨迹映射到真实三维几何中，生成真实的3D轨迹，对真实的3D轨迹进行追踪。进一步地，若方位角六角形相邻三边上的射线间距分别为δx、δy、δz，射线数分别为n1、n2、n3，则生成的2D轨迹满足：其中，a为六角形的几何边长，ΔA为平面射线间距。进一步地，修正后的各边的射线间距满足：其中，表示向上取整，且修正后的n1、n2、n3需满足：n2＝n1+n3，若不满足n2＝n1+n3，则需要对n1、n2、n3进行微调，使微调后的n1、n2、n3满足n2＝n1+n3；修正后的方位角满足：修正后的平面射线间距满足：进一步地，所述根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链包括：确定2D轨迹的编号方式；根据确定的编号方式确定轨迹的编号，根据轨迹的编号和轨迹所在的六角形边确定轨迹的起点和终点；根据确定的编号方式及边界条件，确定轨迹在前向和后向两个方向下的下一条轨迹的编号，实现轨迹的首尾相接，形成2D轨迹链。本专利技术实施例提供一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，所述将l-z平面上生成的3D轨迹映射到真实三维几何中包括：B1，根据l-z平面上的极距和极角求出l-z平面3D轨迹起点p点到对应2D轨迹链的起始点距离dl和所述l-z平面3D轨迹终点在轴向上距离六棱柱底端面Zmin的距离dz；其中，平面六角形轴向拉伸，加上轴向底端面Zmin和轴向顶端面Zmax称为六棱柱；B2，根据l-z平面3D轨迹的起点定位对应的2D轨迹链，从对应的2D轨迹链的第一条轨迹开始累加长度，确定dl所在的2D轨迹(如图8中的3号轨迹)；B3，确定p点距离dl所在的2D轨迹起点的距离deff；B4，根据deff和dl所在的2D轨迹的起点坐标计算p点映射到2D轨迹链p'点的坐标(x,y)；B5，根据z轴坐标系设立的原则，利用dz确定轴向的坐标z。进一步地，生成真实的3D轨迹包括：确定p'点的坐标(x,y)与其所在2D轨迹的终点距离s；通过步骤B5算出的z坐标确定p点距离六棱柱顶端面Zmax的距离h，选择s和h中的最小值；根据最小值确定l-z平面3D轨迹先到达的面，并根据最短距离确定所述3D轨迹的终点；若先到达Zmin或Zmax就终止，则这条l-z平面3D轨迹被分解成一条条3D轨迹；若到达的是非Z平面，即：六棱柱的六个侧面，则沿着l-z平面轨迹方向前进最小距离长度，相当于更新p点坐标，再重复执行步骤B1-B5的过程。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，构建快堆堆芯几何模型，所述几何模型为六角形，根据离散的方位角、平面射线间距在构建好的几何模型上生成2D轨迹，并根据边界条件对生成的2D轨迹进行修正，使射线均匀分布，易于直观；根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链，确定每条轨迹链的长度和数目，在l-z平面上生成3D轨迹；将l-z平面上生成的3D轨迹映射到真实三维几何中，对真实三维几何中的3D轨迹进行追踪。这样，针对快堆堆芯六角形组件，不再需要外层套四边形，能够避免引入冗余部分，特别适合于实现MOC的大规模并行计算，在提高并行计算效率的同时能够大幅度减少同等堆芯几何下对内存的需求。附图说明图1为本专利技术实施例提供的方位角为α时，射线的两个方向前向(forward)和后向(backward)的示意图；图2为本专利技术实施例提供的快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于六角形生成射线要满足的一些几何关系示意图；图4为本专利技术实施例提供的几何模型为六角形时，边界条件为周期和反射时轨迹首尾相接构成的轨迹链示意图；图5为本专利技术实施例提供的在2D平面上生成的均匀分布射线示意图，满足周期和反射边界条件；图6为本专利技术实施例提供的三个不同范围内的方位角下射线的编号顺序示意图；图7为本专利技术实施例提供的根据初等群论计算出在周期边界条件下，每个方位角下周期轨迹链的总条数和每条轨迹链长度的例子示意图；图8为本专利技术实施例提供的l-z平面3D轨迹链的起点映射到对应2D轨迹链的具体某一节的示意图；图9为本专利技术实施例提供的l-z平面轨迹从轴向射出的示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。为了更好地理解本专利技术，对本专利技术涉及的术语先进行如下简要说明：1)方位角、极角、平面射线间距和极距中子在三维空间的移动方向分为方位移动方向和极移动方向，因此，通常把角度分为方位角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，其特征在于，包括：/n构建快堆堆芯几何模型，所述几何模型为六角形；/n根据离散的方位角、平面射线间距在构建好的几何模型上生成2D轨迹，并根据边界条件对生成的2D轨迹进行修正；其中，轨迹即射线；/n根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链，确定每条轨迹链的长度和数目，在l-z平面上生成3D轨迹；/n将l-z平面上生成的3D轨迹映射到真实三维几何中，生成真实的3D轨迹，对真实的3D轨迹进行追踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，其特征在于，包括：
构建快堆堆芯几何模型，所述几何模型为六角形；
根据离散的方位角、平面射线间距在构建好的几何模型上生成2D轨迹，并根据边界条件对生成的2D轨迹进行修正；其中，轨迹即射线；
根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链，确定每条轨迹链的长度和数目，在l-z平面上生成3D轨迹；
将l-z平面上生成的3D轨迹映射到真实三维几何中，生成真实的3D轨迹，对真实的3D轨迹进行追踪。


2.根据权利要求1所述的快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，其特征在于，若方位角六角形相邻三边上的射线间距分别为δx、δy、δz，射线数分别为n1、n2、n3，则生成的2D轨迹满足：



其中，a为六角形的几何边长，ΔA为平面射线间距。


3.根据权利要求2所述的快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，其特征在于，修正后的各边的射线间距满足：其中，表示向上取整，且修正后的n1、n2、n3需满足：n2＝n1+n3，若不满足n2＝n1+n3，则需要对n1、n2、n3进行微调，使微调后的n1、n2、n3满足n2＝n1+n3；
修正后的方位角满足：
修正后的平面射线间距满足：


4.根据权利要求1所述的快堆六角形堆芯中子输运计算的射线生成与追踪方法，其特征在于，所述根据修正后的2D轨迹，形成2D轨迹链包括：
确定2D轨迹的编号方式；
根据确定的编号方式确定轨迹的编号，根据轨迹的编号和轨迹所在的六角形边确定轨迹的起点和终点；
根据确定的编号方式及边界条件，确定轨迹在前向和后向两...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长军，王根，汪岸，胡赟，单浩栋，曹敏，方雅，王珏，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11