一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法及系统，其中，该方法包括：通过调整燃料、慢化剂密度，建立弥散颗粒燃料栅元的变体；通过蒙特卡罗方法对每个变体的每一能群进行处理，得到每一类的有效共振截面；将每个变体中的弥散颗粒燃料与基体打混，通过特征线方法依次计算燃料区域均匀化后的所有标通量，进而依次计算所有对应的背景截面；将有效共振截面和背景截面一一对应，以建立双重非均匀系统下的共振截面表；根据共振截面表，采用帕德近似求解子群参数。该方法无需对传统燃料组件计算程序进行模型改动，简化了弥散颗粒燃料的中子学计算难度。燃料的中子学计算难度。燃料的中子学计算难度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及核反应堆堆芯设计和安全
，特别涉及一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法及系统。

技术介绍

[0002]在高温气冷堆的球形核燃料、全陶瓷微胶囊封装燃料(Fully Ceramic Microencapsulated Fuel,FCM)中存在燃料颗粒随机弥散在基体中的情况，呈现一种不同于传统反应堆非均匀性系统的双重非均匀系统。由于弥散燃料颗粒自身存在共振自屏效应，进行中子学计算时不能简单地将燃料颗粒与基体打混处理，需要针对双重非均匀性采用特殊的处理。
[0003]对于弥散颗粒燃料的共振处理，一般需要对现有的燃料组件计算程序进行共振计算方法上的改进，改进的方法包括以下两种：(1)对共振截面进行丹可夫因子修正，而丹可夫因子由弥散颗粒的球壳碰撞概率计算得到；(2)采用Sanchez
‑
Pomraning方法，改进共振计算中的调用的输运计算流程。但这些改进方法均需要对现有的燃料组件计算程序进行程序上的改动才能实现，这给弥散颗粒的中子学计算带来一定的困难。
[0004]若不对燃料组件计算程序进行程序上的改动，对弥散颗粒燃料可以采用等效物理转换方法(Reactivity
‑
equivalent Physical Transformation，RPT)进行建模转换，例如将燃料颗粒中的燃料核压缩至燃料棒内圈，将双重非均匀模型等效处理为单重非均匀模型。但应用这种方法需要对弥散颗粒燃料不同的工况采用蒙特卡罗程序进行精细化建模，并搜索得到等效内圈半径，效率较低；同时，由于该方法改变了燃料结构，无法计算燃料球、棒、板的径向功率分布。
[0005]因此，亟待一种能够简化弥散颗粒燃料的中子学计算难度，且无需改变燃料元件就可计算燃料球、棒、板的径向功率分布的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，该方法简化了弥散颗粒燃料的中子学计算难度，且计算过程无需改变燃料元件的形状和尺寸，可以计算燃料球、棒、板的径向功率分布。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提出一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算系统。
[0009]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，包括以下步骤：步骤S1，通过调整预设燃料组件中的燃料密度、慢化剂密度，建立预设数量的双重非均匀问题变体；
[0010]步骤S2，通过蒙特卡罗方法对每个双重非均匀问题变体的每一能群进行处理，得到每一类带有共振效应的核反应的微观有效共振截面；步骤S3，将每个双重非均匀问题变体中的弥散颗粒燃料与基体打混，通过特征线方法依次计算燃料区域均匀化后的所有标通
量，进而依次计算所有对应的背景截面；步骤S4，将所述微观有效共振截面和所述背景截面一一对应，以建立双重非均匀系统下的共振截面表；步骤S5，根据所述共振截面表，采用帕德近似求解子群参数。
[0011]本专利技术实施例的一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，针对计算目标中的燃料球、棒、板元件构成的基准栅元问题，通过调整燃料密度、慢化剂密度，建立一系列弥散颗粒燃料栅元的变体；对每一个变体的每一能群，通过蒙特卡罗方法计算其有效共振截面，通过特征线方法计算其材料均匀化后的标通量，并计算得到对应的背景截面；依据得到的有效共振截面和背景截面，建立共振截面表；依据共振截面表，采用帕德近似求解子群参数；共振截面表与子群参数共同构成适用于弥散颗粒燃料均匀化处理的共振数据库，可以通过替换原有多群核数据库的方式，在不对现有使用子群方法的燃料组件程序进行任何改动的情况下，采用弥散颗粒燃料的打混简化建模，即可实现弥散颗粒燃料的中子学计算，简化了弥散颗粒燃料的中子学计算难度；计算过程无需改变燃料元件的形状和尺寸，可以计算燃料球、棒、板的径向功率分布。
[0012]另外，根据本专利技术上述实施例的适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0013]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S3具体包括：步骤S301，将每个双重非均匀问题变体中的弥散颗粒燃料与基体打混，获得燃料区域均匀化后的核子密度；步骤S302，调用特征线中子输运计算方法求解所述核子密度的单群固定源输运方程，得到燃料区域的标通量，以计算g群燃料区关于核素l的背景截面。
[0014]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述燃料区域均匀化后的核子密度为：
[0015][0016]其中，N
iso,j
、分别为材料编号j中核素iso均匀化前后的密度，V
j
、V
hom
分别为材料j和燃料区的体积。
[0017]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述单群固定源输运方程为：
[0018][0019]其中，g为能群编号，Ω为中子通量密度的角度变量，为g群中子通量密度随空间位置变化的函数，为拉普拉斯梯度算符，λΣ
p,g
为中间共振因子λ乘以g群宏观势散射截面Σ
p,g
，也是特征线中子输运方法中的固定源项；对于均匀化问题中燃料区域，为其g群的宏观吸收截面，等于统计的核素l的吸收反应的微观有效共振截面乘以核素l的核子密度；对于均匀化问题中非燃料区域，等于0。
[0020]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S302中利用计算所述背景截面，其中，σ
b,g
、σ
a,g
和分别为g群的背景截面、微观吸收截面和标通量，σ
a,g
为核素l的吸收反应的g群微观有效共振截面。
[0021]为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了适用于弥散颗粒燃料的子群参数
计算系统，包括：变体构建模块，用于通过调整预设燃料组件中的燃料密度、慢化剂密度，建立预设数量的双重非均匀问题变体；共振截面模块，用于通过蒙特卡罗方法对每个双重非均匀问题变体的每一能群进行处理，得到每一类带有共振效应的核反应的微观有效共振截面；背景截面模块，用于将每个双重非均匀问题变体中的弥散颗粒燃料与基体打混，通过特征线方法依次计算燃料区域均匀化后的所有标通量，进而依次计算所有对应的背景截面；共振截面表构建模块，用于将所述微观有效共振截面和所述背景截面一一对应，以建立双重非均匀系统下的共振截面表；求解模块，用于根据所述共振截面表，采用帕德近似求解子群参数。
[0022]本专利技术实施例的适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算系统，通过建立若干个双重非均匀系统，生成适用于双重非均匀系统的共振数据库，可以通过替换原有多群核数据库的方式，在不对现有使用子群方法的燃料组件程序进行任何改动的情况下，采用弥散颗粒燃料的打混简化建模，即可实现弥散颗粒燃料的中子学计算，简化了弥散颗粒燃料的中子学计算难度；同时计算过程无需改变燃料元件的形状和尺寸，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，通过调整预设燃料组件中的燃料密度、慢化剂密度，建立预设数量的双重非均匀问题变体；步骤S2，通过蒙特卡罗方法对每个双重非均匀问题变体的每一能群进行处理，得到每一类带有共振效应的核反应的微观有效共振截面；步骤S3，将每个双重非均匀问题变体中的弥散颗粒燃料与基体打混，通过特征线方法依次计算燃料区域均匀化后的所有标通量，进而依次计算所有对应的背景截面；步骤S4，将所述微观有效共振截面和所述背景截面一一对应，以建立双重非均匀系统下的共振截面表；步骤S5，根据所述共振截面表，采用帕德近似求解子群参数。2.根据权利要求1所述的一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：步骤S301，将每个双重非均匀问题变体中的弥散颗粒燃料与基体打混，获得燃料区域均匀化后的核子密度；步骤S302，调用特征线中子输运计算方法求解所述核子密度的单群固定源输运方程，得到燃料区域的标通量，以计算g群燃料区关于核素l的背景截面。3.根据权利要求2所述的一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，其特征在于，所述燃料区域均匀化后的核子密度为：其中，N
iso,j
、分别为材料编号j中核素iso均匀化前后的密度，V
j
、V
hom
分别为材料j和燃料区的体积。4.根据权利要求2所述的一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，其特征在于，所述单群固定源输运方程为：其中，g为能群编号，Ω为中子通量密度的角度变量，为g群中子通量密度随空间位置变化的函数，为拉普拉斯梯度算符，λΣ
p,g
为中间共振因子λ乘以g群宏观势散射截面Σ
p,g
，也是特征线中子输运方法中的固定源项；对于均匀化问题中燃料区域，为其g群的宏观吸收截面，等于统计的核素l的吸收反应的微观有效共振截面乘以核素l的核子密度；对于均匀化问题中非燃料区域，等于0。5.根据权利要求2所述的一种适用于弥散颗粒燃料的子群参数计算方法，其特征在于，所述步骤S302中利用计算所述背景截面，其中，σ
b,g
、σ
a,g
和分别为g群的背景截面、微观吸收截面和标通量，σ
a,g
为核素l的吸收反应的g群微观有效共振截面。6.一种适用于弥散颗粒燃料的子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乾，黄冬，李颂，梁越超，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：