一种裂变产物燃耗链压缩方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种裂变产物燃耗链压缩方法和装置，方法包括：S100、构建两个基于嬗变径迹分析法的贡献函数，两个贡献函数用于裂变产物燃耗链压缩；S200、通过定量计算两个贡献函数，对每条质量链上裂变产物核素的重要性进行排序，挑选出每条质量链上的重要核素；S300、将所有质量链上的重要核素重构为一条压缩链，并计算该条压缩链上所有裂变产物核素的燃耗数据，燃耗数据包括有效裂变产额和活化分支比。本发明专利技术基于嬗变径迹分析法的贡献函数在保证计算精度的同时，相对其他燃耗链压缩方法计算效率高，具有较强的简便性与可行性。具有较强的简便性与可行性。具有较强的简便性与可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种裂变产物燃耗链压缩方法和装置


[0001]本专利技术涉及裂变产物燃耗链领域，具体涉及一种裂变产物燃耗链压缩方法和装置。

技术介绍

[0002]燃耗链是进行反应堆燃耗计算的基础也是出发点。反应堆中完整的燃耗链包含数千种核素以及数目更多的核素间转化关系，反应堆燃耗计算如果直接采用这么复杂的燃耗链会浪费大量的计算时间和存储资源。因此，需要事先在多群常数库的制作过程中对燃耗核素进行筛选，挑选出重要的核素，此过程称为燃耗链压缩或燃耗链设计。常用的燃耗链压缩方法包括WLUP方法、贡献矩阵法、奇异值分解法、贡献函数法、定量重要性分析法。WLUP方法是基于半经验性质的燃耗链压缩方法，其余方法为基于定量化分析的燃耗链压缩方法。
[0003]WLUP方法根据典型产额和截面信息对裂变产物进行分类，以识别并最终保留对中子学特性重要的裂变产物。该方法将裂变产物分为需要保留的裂变产物和不需要保留的裂变产物两大类。其中需要保留的裂变产物包括强吸收和俘获产物强吸收；不需要保留的裂变产物包括短寿期和接近稳定的裂变产物。此外，WLUP方法通过引入伪核素进一步降低燃耗数据库的复杂程度。WLUP方法涉及的近似主要在于：一是没有使用真实问题的截面信息；二是分析仅限于局部的至多两个核素间的转化关系。WLUP方法的优点是可以将上千种裂变产物压缩至数十种以大大节省计算所需的存储空间提升计算的效率。缺点是这种方法的计算精度有限，并且不能考虑目标核素的计算精度。
[0004]贡献矩阵方法(Contribution Matrix Method)的基本思想是保留对目标核素产生率的贡献比例大于设定值的核素。该方法首先定义贡献矩阵P，其元素P
ij
是第j号核素产生第i号核素的产生率与第i号核素总产生率之比。通过该矩阵及其乘方构建一个矩阵序列，P1,P2,
…
，P
n
，其中n是核素总数。矩阵序列中(i,j)位置最大的元素称为第j号核素至第i号核素的贡献。如果一个核素对任一目标核素的贡献大于设定值，那么保留该核素。
[0005]贡献函数方法(Contribution Function Method)所确定的保留核素满足如下性质：在某一个燃耗步下将该核素的原子核密度置零，对最后一个燃耗步下至少一个目标核素原子核密度造成大于设定值的相对偏差。该方法涉及到了广义微扰理论以及共轭原子核密度的计算。最后一步应用共轭原子核密度的相似性分析，将满足相似性条件的衰变母核与子核归并为一个核素。
[0006]奇异值分解方法(Singular Value Decomposition Method)基于两点原则确定保留核素：首先是包含所有目标核素，其次是非保留核素至保留核素的转化矩阵的范数低于设定值。该方法首先初始化只包含目标核素的保留核素集合，然后通过矩阵奇异值分解的方法找到对保留核素有直接转化关系的核素并添加到保留核素集合里。当非保留核素集合对保留核素集合的转化矩阵与初始时转化矩阵的Frobenius范数比值小于设定值时终止核素搜索与添加过程，得到最终的保留核素。
[0007]基于基本压缩单元(Basic Unit Compression Operation)重要性的定量化压缩
方法首先定义三种燃耗数据库基本压缩单元，即燃耗数据库压缩的最小组成单位，分别是反应道删除，核素删除和衰变核素删除。同时该方法基于上述基本压缩单元定义了重要性二元组s1和s2。压缩流程可以归结为四个步骤：第一步，进行代表性问题在精细燃耗数据库下的中子学
‑
燃耗耦合计算；第二步，定量化重要性分析得到各基本压缩单元的重要性二元组；第三步，将各基本压缩单元重要性二元组与设定准则进行比较，其中满足设定准则条件的作为可接受基本压缩单元，据此对核素及反应道进行标记；第四步，在精细燃耗数据库基础上依次作用可接受基本压缩单元，得到压缩燃耗数据库。
[0008]四种不同的基于定量化分析的燃耗链压缩方法都存在一定的近似。其中贡献矩阵方法和奇异值分解方法采用了两个强近似条件：一是分析根据一个特定问题、特定燃耗区和特定燃耗步下的燃耗矩阵与原子核密度，没有考虑到问题定义和燃耗的变化范围；二是两种方法都对燃耗矩阵预先做了行归一，从而导致反应率的绝对值信息被丢弃。贡献函数方法立足于核素原子核密度对目标核素重要性的定量化分析，使用了广义微扰理论，涉及的近似条件较弱。然而，该方法的分析并不彻底，它对非保留核素全部采取衰变平衡态假设，这对于半衰期较长的核素而言是不合理的。基于BUCO重要性方法忽略了基本压缩单元对中子学特性的影响并且没有考虑基本压缩单元之间的干涉效应。
[0009]如表1所示，常用的燃耗链压缩方法各有优缺点，总体而言，基于BUCO重要性方法在精度上相对其他定量压缩方法存在更多的优势，但是该方法需重复进行多次中子学计算，简便性较差，且该方法对裂变产物燃耗链的设计没有很强的针对性，未给出裂变产额的处理方法。
[0010]表1 常用燃耗链压缩方法
[0011]
技术实现思路

[0012]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种裂变产物燃耗链压缩方法和装置，确保燃耗计算的准确性，同时考虑到压缩方法的简便性和可行性。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0014]一种裂变产物燃耗链压缩方法，包括：
[0015]S100、构建两个基于嬗变径迹分析法的贡献函数，所述两个贡献函数用于裂变产
物燃耗链压缩；
[0016]S200、通过定量计算所述两个贡献函数，对每条质量链上裂变产物核素的重要性进行排序，挑选出每条质量链上的重要核素；
[0017]S300、将所有质量链上的重要核素重构为一条压缩链，并计算该条压缩链上所有裂变产物核素的燃耗数据，所述燃耗数据包括有效裂变产额和活化分支比。
[0018]进一步，如上所述的裂变产物燃耗链压缩方法，S100包括：
[0019]在考虑各种中子核反应以及衰变的情况下，反应堆系统中每种核素的浓度微分方程如下：
[0020][0021]其中，
[0022]N
i
表示核素i在时刻t的浓度；
[0023]表示易裂变核素k对核素i的裂变率加权独立产额；
[0024]s
k
表示裂变核素k的裂变率；
[0025]α
i
‑1表示核素i的前一个核素即前驱核的分支比；
[0026]γ
i
‑1表示核素i的前一个核素的衰变常数或者吸收率；
[0027]λ
i
表示核素i的衰变常数；
[0028]表示核素i的总的吸收率；
[0029]基于公式(1)，通过嬗变径迹跟踪方法确定嬗变径迹链上第n个核素在t时刻结束时的核密度N
n
(t)：
[0030][0031]其中，m，n，i，j均为正整数，β
i
为核素i的总瞬时嬗变概率：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种裂变产物燃耗链压缩方法，其特征在于，包括：S100、构建两个基于嬗变径迹分析法的贡献函数，所述两个贡献函数用于裂变产物燃耗链压缩；S200、通过定量计算所述两个贡献函数，对每条质量链上裂变产物核素的重要性进行排序，挑选出每条质量链上的重要核素；S300、将所有质量链上的重要核素重构为一条压缩链，并计算该条压缩链上所有裂变产物核素的燃耗数据，所述燃耗数据包括有效裂变产额和活化分支比。2.根据权利要求1所述的裂变产物燃耗链压缩方法，其特征在于，S100包括：在考虑各种中子核反应以及衰变的情况下，反应堆系统中每种核素的浓度微分方程如下：其中，N
i
表示核素i在时刻t的浓度；表示易裂变核素k对核素i的裂变率加权独立产额；s
k
表示裂变核素k的裂变率；α
i
‑1表示核素i的前一个核素即前驱核的分支比；γ
i
‑1表示核素i的前一个核素的衰变常数或者吸收率；λ
i
表示核素i的衰变常数；表示核素i的总的吸收率；基于公式(1)，通过嬗变径迹跟踪方法确定嬗变径迹链上第n个核素在t时刻结束时的核密度N
n
(t)：其中，m，n，i，j均为正整数，β
i
为核素i的总瞬时嬗变概率：β＝λ+A＝λ+σ
a
φ
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，σ
a
为吸收截面，φ为中子通量；对于裂变产物而言，假设0时刻，得到初始状态无裂变产物情况的裂变产物核密度，即：若只考虑一个裂变核，则有：
通过公式(5)构建两个裂变产物燃耗链压缩的贡献函数：1)有效裂变产额y
eff
(E，t)：2)裂变产物的吸收反应在燃耗步T
min
内对总反应性的贡献R：其中，σ
f
为裂变截面，E为入射中子能量。3.根据权利要求2所述的裂变产物燃耗链压缩方法，其特征在于，S200包括：S201、基于衰变数据库、裂变产额数据库、俘获截面数据库和中子活化数据库，提取每条质量链上所有裂变产物核素的半衰期、衰变常数、裂变产额、裂变截面和激发函数；S202、基于上述提取的每条质量链上所有裂变产物核素的各种参数，以及公式(6)和(7)，计算每条质量链上所有裂变产物核素的有效裂变产额和对反应性的贡献；S203、基于每条质量链上所有裂变产物核素的有效裂变产额和对反应性的贡献，对每条质量链上所有裂变产物核素中的重要核素进行标识。4.根据权利要求3所述的裂变产物燃耗链压缩方法，其特征在于，S201包括：从裂变产额数据库中查询并提取每条质量链上所有裂变产物核素；从衰变数据库中查询并提取裂变产物核素的半衰期，计算衰变常数；从所述裂变产额数据库中查询并提取裂变产物核素的裂变产额；从中子评价核数据库分别提取裂变截面和激发函数。5.根据权利要求3或4所述的裂变产物燃耗链压缩方法，其特征在于，S203包括：若某一条质量链上某一裂变产物核素的有效裂变产额与衰变常数比值大于第一预设值且对反应性的贡献大于第二预设值，则将其标识为该条质量链上的重要核素；若某一条质量链上某一裂变产物核素为中高产额、长寿命且有效裂变产额为0，则将其标记为该条质量链上的重要核素。6.根据权利要求1所述的裂变产物燃耗链压缩方法，其特征在于，S300包括：通过下式计算该条压缩链上所有裂变产物核素的裂变率加权产额：其中，Y(E)为裂变产额，σ
f
(E)为裂变截面，φ(E)为中子谱；基于所述重要核素在该条压缩链中的位置确定其等效产额的计算公式，基于确定的计算公式及所述裂变率加权产额计算所述重要核素的等效裂变产额；若核素A通过反应x生成核素B的基态和同质异能态，则反应x的总截面σ
x
和同位素产生截面σ
xi
满足以下关系：
总反应率和同质异能态核素B
i
的反应率分别为：R＝Nφσ
x
,R
i
＝Nφσ
xi
ꢀꢀꢀꢀ
(10)通过下式计算同质异能态核素B
i
的活化分支比b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：温丽丽，吴海成，舒能川，吴小飞，张崇，葛智刚，陈永静，刘萍，张环宇，王文明，陈莹，唐辉，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：