基于蒙特卡羅粒子輸運-燃耗耦合的研究堆燃料管理方法研究
發(fā)布時間：2020-12-10 20:00
由于研究堆的運行特性與核電站不同,即堆芯內(nèi)的樣品輻照多樣化、反應(yīng)堆頻繁啟停,尤其根據(jù)需求可能在碘坑中開啟反應(yīng)堆。而現(xiàn)有計算方法和程序軟件無法完全滿足需求,需要重新開發(fā)適于研究堆運行特性的燃料管理系統(tǒng),跟蹤反應(yīng)堆燃耗分布,有效防止超燃耗引發(fā)的燃料組件破損。本研究建立了一套基于蒙特卡羅粒子輸運-燃耗-臨界-多溫截面的多耦合研究堆燃料管理方法,編制了計算程序MCBMPI,進行了基準題的正確性驗證和加速性能驗證,并依據(jù)300#反應(yīng)堆的物理實驗結(jié)果進行了實驗對比分析,結(jié)果表明該方法具有較好的適用性,對保障反應(yīng)堆安全運行具有重要意義。主要包含以下研究內(nèi)容:首先,研究了輸運-燃耗-臨界-多溫截面的多耦合計算方法,開發(fā)了多耦合燃料管理程序MCBMPI。該程序采用了系列先進算法,包括輸運-燃耗耦合的預(yù)估-校正算法、燃耗反應(yīng)截面的超精細群方法、自適應(yīng)臨界搜索算法等。并采用算例對燃耗反應(yīng)截面的超精細群方法、自適應(yīng)臨界搜索算法分別進行了驗證。其次,用基準題對程序進行了正確性驗證,詳細對比了本征值和燃耗末期的核素濃度。用300#研究堆對該程序進行了完整的氙平衡中毒及碘坑實驗對比和燃耗反應(yīng)性實驗驗證。最后,根據(jù)堆...
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：102 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１－５?ＣＡＲＲ研宄堆堆芯布置圖??高通量工程試驗堆（ＨＦＥＴＲ：?Ｈｉｇｈ?Ｒｕｘ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｔｅｓｔ?Ｒｅａｃｔｏｒ）采用六角??形組件結(jié)構(gòu)，其堆芯布置如圖１－６所示
?基于蒙特卡羅粒子輸運－燃耗耦合的研究堆燃料管理方法研究???標準燃料組件料輻照孔道??ｉｗＷｒｍ＼??Ｉ?ＩＰｐｌ｜ｉｉＢ?Ｉ??圖１－５?ＣＡＲＲ研宄堆堆芯布置圖??高通量工程試驗堆（ＨＦＥＴＲ：?Ｈｉｇｈ?Ｒｕｘ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｔｅｓｔ?Ｒｅａｃｔｏｒ）采用六角??形組件結(jié)構(gòu)，其堆芯布置如圖１－６所示。其燃料管理起初也是采用類似的兩步法??但后續(xù)作了改進，根據(jù)其堆芯布置強丨卜均勻性的特點聯(lián)合兩安交通大學(xué)??開發(fā)了燃料管理平臺ＨＦＥＴ１１８１。該計算程序采用組件輸運程序ＨＦＥＴ－ｌａｔ和三維??ＳＮ輸運程序ＨＦＥＴ－ｃｏｒｅ，從全堆擴散計算進階到三維輸運計算。該改進克服，??擴散理論的限制，但在輸運截面的跟隨制作上引入了更人的閑難，這足因為輸運??計算所需的截面參數(shù)數(shù)量要比擴散計算多。??諭??（§）?Ｆｕｅｌ?７８個?〇?Ａ１?３４個?￥同位素紀５３個??會Ｒｏｄ?１８個念Ｓ．Ｓ．?２６個〇０６３孔道３個??辦Ｂｅ?８７個?＠?Ｃｏ無??圖丨－６?ＨＦＥＴＲ高通量工程試驗堆堆芯布置圖??－９?－??
?基于紫特卡羅粒子輸運－燃耗耦合的研究堆燃料管理方法研究???由上圖可知，對該壓水堆柵元基準題而言，？的標準偏差在０￣６０ＭＷｄ／ｋｇＵ??燃耗區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定在５０￣１００ｐｃｍ范圍內(nèi)。并且后續(xù)研宄結(jié)果顯示，若千種主要錒??系核素Ｕ－２３８、Ｐｕ－２３９、Ｐｕ－２４０、Ｐｕ－２４１的原子密度不確定度在燃耗末期均小于??０．２％，可以忽略不計。??２）數(shù)值穩(wěn)定性及參數(shù)優(yōu)化問題??在未采取預(yù)估－校正算法之前的顯式歐拉耦合格式具有明顯的數(shù)值不穩(wěn)走性，??這是由亍顯式歐拉格式的條件穩(wěn)定性決定的。－個典型的數(shù)值不穩(wěn)定性如下圖所??示丨４＼??：：丨！：哪??（ａ）?１Ｍ?ｌｉｍｅ?ｓｔｅｐ?（ｂ）?２ＩＨ，?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ??（ｃ）?３ｒ，１?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ?（ｄ）?４＇１１?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ??圖１－９顯式歐拉耦合格式得到的非對稱結(jié)果??瑞典皁家理丨：學(xué)院（Ｒ１Ｔ）的Ｊａｎ?Ｄｕｆｅｋ教授聯(lián)合以色列ＭＣ燃耗程序ＢＧＣｏｒｅ??的燃耗功能的Ｖ：要實現(xiàn)者Ｄａｎ?Ｋｏｔｌｙａｒ和芬１?ＭＣ燃耗榪）ｔ：?Ｓｅｒｐｅｎｔ的燃耗功能的??主要實現(xiàn)者ｊａａｋｋｏ?Ｌｅｐｐｉｉｎｅｎ?Ｔ２０１３屮撰文研究，現(xiàn)有耦合格式的數(shù)值穩(wěn)定性問??題ＡＭ。研究農(nóng)明：現(xiàn)有的耦合格式，＋論足顯式歐拉還是預(yù)估校正，都足條??件穩(wěn)定的。使用者除／關(guān)注各燃料循環(huán)過程中的ｋｃｆｆ的變化外，還應(yīng)關(guān)注通量或??功率分布，以判斷計算穩(wěn)定件。ＭＣ燃耗計算穩(wěn)定忡的影響因素包括：系統(tǒng)占優(yōu)??－１３?－??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于RMC的蒙特卡羅燃耗計算氙振蕩抑制方法研究[J]. 李萬林,余綱林,王侃,李耀東. 核動力工程. 2018(02)
[2]蒙卡燃耗中的氙振蕩現(xiàn)象分析及計算研究[J]. 李耀東,余綱林,李萬林,陳宗歡,王侃. 強激光與粒子束. 2018(03)
[3]Development of a MCNP5 and ORIGEN2 based burnup code for molten salt reactor[J]. Guo-Min Sun,Mao-Song Cheng. Nuclear Science and Techniques. 2016(03)
[4]基于切比雪夫有理逼近方法的蒙特卡羅燃耗計算研究與驗證[J]. 范文玎,孫光耀,張彬航,陳銳,郝麗娟. 核技術(shù). 2016(04)
[5]超級蒙特卡羅核計算仿真軟件系統(tǒng)SuperMC[J]. 吳宜燦,宋婧,胡麗琴,龍鵬程,何桃,程夢云,鄭華慶,郝麗娟,俞盛朋,孫光耀,吳斌,楊琪,陳朝斌,黨同強,方菱,裴曦,王芳,汪進,蔣潔瓊,汪建業(yè),趙柱民,陳義學(xué),郭智榮,咸春宇,李慶,FDS團隊. 核科學(xué)與工程. 2016(01)
[6]300~#研究堆安全棒中子注量率計算中的減方差方法對比及應(yīng)用[J]. 唐鳳平,劉耀光,楊萬奎,楊鑫. 原子能科學(xué)技術(shù). 2014(S1)
[7]消息傳遞并行燃耗程序MCBMPI的柵元驗證[J]. 楊萬奎,劉耀光,馬紀敏,楊鑫,王冠博,佘頂. 原子能科學(xué)技術(shù). 2014(S1)
[8]高通量堆燃料管理平臺HEFT的研發(fā)與驗證[J]. 張滕飛,朱磊,吳宏春,鄭友琦,曹良志,孫壽華. 原子能科學(xué)技術(shù). 2013(S2)
[9]蒙特卡羅燃耗計算程序MCNTRANS的開發(fā)與驗證[J]. 于超,朱慶福. 原子能科學(xué)技術(shù). 2013(10)
[10]壓水堆控制棒價值誤差分析[J]. 付學(xué)峰,王磊,鄭繼業(yè),蔡德昌,張洪,李冬生. 核科學(xué)與工程. 2013(02)
碩士論文
[1]基于SCILAB/SCILAB通信仿真平臺的研究及設(shè)計[D]. 董興華.北京郵電大學(xué) 2010
本文編號：2909289
【文章來源】：中國工程物理研究院北京市
【文章頁數(shù)】：102 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１－５?ＣＡＲＲ研宄堆堆芯布置圖??高通量工程試驗堆（ＨＦＥＴＲ：?Ｈｉｇｈ?Ｒｕｘ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｔｅｓｔ?Ｒｅａｃｔｏｒ）采用六角??形組件結(jié)構(gòu)，其堆芯布置如圖１－６所示
?基于蒙特卡羅粒子輸運－燃耗耦合的研究堆燃料管理方法研究???標準燃料組件料輻照孔道??ｉｗＷｒｍ＼??Ｉ?ＩＰｐｌ｜ｉｉＢ?Ｉ??圖１－５?ＣＡＲＲ研宄堆堆芯布置圖??高通量工程試驗堆（ＨＦＥＴＲ：?Ｈｉｇｈ?Ｒｕｘ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?Ｔｅｓｔ?Ｒｅａｃｔｏｒ）采用六角??形組件結(jié)構(gòu)，其堆芯布置如圖１－６所示。其燃料管理起初也是采用類似的兩步法??但后續(xù)作了改進，根據(jù)其堆芯布置強丨卜均勻性的特點聯(lián)合兩安交通大學(xué)??開發(fā)了燃料管理平臺ＨＦＥＴ１１８１。該計算程序采用組件輸運程序ＨＦＥＴ－ｌａｔ和三維??ＳＮ輸運程序ＨＦＥＴ－ｃｏｒｅ，從全堆擴散計算進階到三維輸運計算。該改進克服，??擴散理論的限制，但在輸運截面的跟隨制作上引入了更人的閑難，這足因為輸運??計算所需的截面參數(shù)數(shù)量要比擴散計算多。??諭??（§）?Ｆｕｅｌ?７８個?〇?Ａ１?３４個?￥同位素紀５３個??會Ｒｏｄ?１８個念Ｓ．Ｓ．?２６個〇０６３孔道３個??辦Ｂｅ?８７個?＠?Ｃｏ無??圖丨－６?ＨＦＥＴＲ高通量工程試驗堆堆芯布置圖??－９?－??
?基于紫特卡羅粒子輸運－燃耗耦合的研究堆燃料管理方法研究???由上圖可知，對該壓水堆柵元基準題而言，？的標準偏差在０￣６０ＭＷｄ／ｋｇＵ??燃耗區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定在５０￣１００ｐｃｍ范圍內(nèi)。并且后續(xù)研宄結(jié)果顯示，若千種主要錒??系核素Ｕ－２３８、Ｐｕ－２３９、Ｐｕ－２４０、Ｐｕ－２４１的原子密度不確定度在燃耗末期均小于??０．２％，可以忽略不計。??２）數(shù)值穩(wěn)定性及參數(shù)優(yōu)化問題??在未采取預(yù)估－校正算法之前的顯式歐拉耦合格式具有明顯的數(shù)值不穩(wěn)走性，??這是由亍顯式歐拉格式的條件穩(wěn)定性決定的。－個典型的數(shù)值不穩(wěn)定性如下圖所??示丨４＼??：：丨！：哪??（ａ）?１Ｍ?ｌｉｍｅ?ｓｔｅｐ?（ｂ）?２ＩＨ，?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ??（ｃ）?３ｒ，１?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ?（ｄ）?４＇１１?ｔｉｍｅ?ｓｔｅｐ??圖１－９顯式歐拉耦合格式得到的非對稱結(jié)果??瑞典皁家理丨：學(xué)院（Ｒ１Ｔ）的Ｊａｎ?Ｄｕｆｅｋ教授聯(lián)合以色列ＭＣ燃耗程序ＢＧＣｏｒｅ??的燃耗功能的Ｖ：要實現(xiàn)者Ｄａｎ?Ｋｏｔｌｙａｒ和芬１?ＭＣ燃耗榪）ｔ：?Ｓｅｒｐｅｎｔ的燃耗功能的??主要實現(xiàn)者ｊａａｋｋｏ?Ｌｅｐｐｉｉｎｅｎ?Ｔ２０１３屮撰文研究，現(xiàn)有耦合格式的數(shù)值穩(wěn)定性問??題ＡＭ。研究農(nóng)明：現(xiàn)有的耦合格式，＋論足顯式歐拉還是預(yù)估校正，都足條??件穩(wěn)定的。使用者除／關(guān)注各燃料循環(huán)過程中的ｋｃｆｆ的變化外，還應(yīng)關(guān)注通量或??功率分布，以判斷計算穩(wěn)定件。ＭＣ燃耗計算穩(wěn)定忡的影響因素包括：系統(tǒng)占優(yōu)??－１３?－??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于RMC的蒙特卡羅燃耗計算氙振蕩抑制方法研究[J]. 李萬林,余綱林,王侃,李耀東. 核動力工程. 2018(02)
[2]蒙卡燃耗中的氙振蕩現(xiàn)象分析及計算研究[J]. 李耀東,余綱林,李萬林,陳宗歡,王侃. 強激光與粒子束. 2018(03)
[3]Development of a MCNP5 and ORIGEN2 based burnup code for molten salt reactor[J]. Guo-Min Sun,Mao-Song Cheng. Nuclear Science and Techniques. 2016(03)
[4]基于切比雪夫有理逼近方法的蒙特卡羅燃耗計算研究與驗證[J]. 范文玎,孫光耀,張彬航,陳銳,郝麗娟. 核技術(shù). 2016(04)
[5]超級蒙特卡羅核計算仿真軟件系統(tǒng)SuperMC[J]. 吳宜燦,宋婧,胡麗琴,龍鵬程,何桃,程夢云,鄭華慶,郝麗娟,俞盛朋,孫光耀,吳斌,楊琪,陳朝斌,黨同強,方菱,裴曦,王芳,汪進,蔣潔瓊,汪建業(yè),趙柱民,陳義學(xué),郭智榮,咸春宇,李慶,FDS團隊. 核科學(xué)與工程. 2016(01)
[6]300~#研究堆安全棒中子注量率計算中的減方差方法對比及應(yīng)用[J]. 唐鳳平,劉耀光,楊萬奎,楊鑫. 原子能科學(xué)技術(shù). 2014(S1)
[7]消息傳遞并行燃耗程序MCBMPI的柵元驗證[J]. 楊萬奎,劉耀光,馬紀敏,楊鑫,王冠博,佘頂. 原子能科學(xué)技術(shù). 2014(S1)
[8]高通量堆燃料管理平臺HEFT的研發(fā)與驗證[J]. 張滕飛,朱磊,吳宏春,鄭友琦,曹良志,孫壽華. 原子能科學(xué)技術(shù). 2013(S2)
[9]蒙特卡羅燃耗計算程序MCNTRANS的開發(fā)與驗證[J]. 于超,朱慶福. 原子能科學(xué)技術(shù). 2013(10)
[10]壓水堆控制棒價值誤差分析[J]. 付學(xué)峰,王磊,鄭繼業(yè),蔡德昌,張洪,李冬生. 核科學(xué)與工程. 2013(02)
碩士論文
[1]基于SCILAB/SCILAB通信仿真平臺的研究及設(shè)計[D]. 董興華.北京郵電大學(xué) 2010
本文編號：2909289
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