高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

两步解谱法程序的开发与验证

胡晓 黄毅 王杰

胡晓, 黄毅, 王杰. 两步解谱法程序的开发与验证[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 1-8. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0001
引用本文: 胡晓, 黄毅, 王杰. 两步解谱法程序的开发与验证[J]. 核动力工程, 2024, 45(6): 1-8. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0001
Hu Xiao, Huang Yi, Wang Jie. Development and Verification of Two-step Spectrum Unfolding Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 1-8. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0001
Citation: Hu Xiao, Huang Yi, Wang Jie. Development and Verification of Two-step Spectrum Unfolding Code[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(6): 1-8. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0001

两步解谱法程序的开发与验证

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.06.0001
详细信息
    作者简介:

    胡 晓(1990—),女,博士研究生,现主要从事反应堆物理方向研究,E-mail: 13051193928@163.com

    通讯作者:

    黄 毅,E-mail: 13001250193@163.com

  • 中图分类号: TL32

Development and Verification of Two-step Spectrum Unfolding Code

  • 摘要: 为解决预置谱未知的解谱问题,本文首次提出一种广义神经网络(GRNN)算法和迭代算法结合进行的两步解谱法,自主开发了GRNN解谱和迭代法解谱程序,并对2套程序进行分别验证和整体验证。首先用中国实验快堆(CEFR)的活化法实验数据进行分别验证,结果表明:GRNN的解谱结果与理论谱相比,在中子能量大于0.1 MeV时,最大偏差为10.36%,迭代法的解谱结果与最小二乘法的解谱结果最大偏差为9.15%,计算的单核反应率与实验值最大相对偏差为11.71%,符合较好;且与无准确预置谱的迭代法解谱结果相比,GRNN解谱精度更高。最后用俄罗斯碳化硼辐照数据进行整体验证,结果表明:在快中子区域,两步解谱法的结果与有预置谱的迭代法解谱结果最大偏差为11.42%。因此,采用两步解谱法解决预置谱未知的解谱问题是可行的,误差也在可以接受的范围内。本文提出的新型解谱法可为新型堆的解谱提供新的思路,并针对未知预置谱的解谱试验具有一定的参考价值。

     

  • 图  1  两步解谱法的基本思想

    Figure  1.  The Basic Idea of Solving Spectrum by Two-step Spectrum Unfolding Method

    图  2  神经网络解谱思路

    Figure  2.  Concept of Spectrum Unfolding by Neural Network

    图  3  NJOY群截面加工流程图

    Figure  3.  Processing Flow Chart of NJOY Group Section

    图  4  6个反应道的群截面结果

    Figure  4.  Group Cross Section Results of Six Reaction Channels

    图  5  MCNP建模图

    Figure  5.  MCNP Modeling Diagram

    图  6  GRNN计算界面

    Figure  6.  Computing Interface of GRNN

    图  7  GRNN解谱结果与计算值对比

    Figure  7.  Comparison between GRNN Spectrum Unfolding Results and Calculated Values

    图  8  GRNN解谱结果与无预置谱解谱结果对比

    Figure  8.  Comparison of the Results of GRNN and Non-preset Spectrum Unfolding

    图  9  SD程序解谱结果

    Figure  9.  Spectrum Unfolding Results of SD

    图  10  碳化硼组件

    Figure  10.  Boron Carbide Assembly

    图  11  前10个中子能谱结果

    Figure  11.  Top 10 Neutron Spectra Results

    图  12  GRNN重构谱结果

    Figure  12.  Results of Neural Network GRNN Reconstruction Spectrum

    图  13  两步解谱法的结果

    Figure  13.  Results of Two-step Spectrum Unfolding Method

    表  1  CEFR 2-2 组件中平面6个反应道的反应率

    Table  1.   Reaction Rate of 6 Reaction Channels in CEFR 2-2 Assembly Plane

    序号 核反应 单核反应率/s
    1 238U(n,f) 5.60×10−14
    2 64Zn(n,p)64Cu 5.15×10−15
    3 54Fe(n,p)54Mn 1.01×10−14
    4 46Ti(n,p)46Sc 1.27×10−15
    5 45Sc(n,γ)46Sc 9.70×10−15
    6 235U(n,f) 7.87×10−13
    下载: 导出CSV

    表  2  调整谱与预置谱的中子通量密度及偏差

    Table  2.   Deviation of Neutron Flux Density Between Adjustment Spectrum and Preset Spectrum

    中子通量密度 预置谱 调整谱 相对偏差/%
    总中子通量密度/(cm−2·s−1) 5.12×1011 5.32×1011 4.27
    快中子通量密度/(cm−2·s−1) 4.32×1011 4.52×1011 4.81
    下载: 导出CSV

    表  3  调整谱与实验测量的单核反应率偏差

    Table  3.   Deviation of Mononuclear Reaction Rate Between Adjustment Spectrum and Experimental Measurement

    核反应测量单核反应率/s调整谱计算
    单核反应率/s
    相对偏差/%
    238U(n,f)5.60×10−144.94×10−14−11.71
    64Zn(n,p)64Cu5.15×10−155.04×10−15−2.06
    54Fe(n,p)54Mn1.01×10−149.99×10−15−1.39
    46Ti(n,p)46Sc1.27×10−151.32×10−154.48
    45Sc(n,γ)46Sc9.70×10−151.00×10−143.46
    235U(n,f)7.87×10−137.08×10−13−10.03
    下载: 导出CSV

    表  4  测量得到的探测箔单核反应率

    Table  4.   Measured Mononuclear Reaction Rate of Foils

    距堆芯中心标高/mm 封盒代号 核反应率/s
    93Nb(n,n') 93Nb(n,γ) 54Fe(n,p) 46Ti(n,p) 63Cu(n,α)
    +275(位置1) 7 1.670×10−11 3.786×10−12 4.408×10−13
    8 1.847×10−11 1.869×10−10 4.293×10−12 5.421×10−13 2.378×10−14
    9 1.644×10−11 3.892×10−12 4.622×10−13 2.050×10−14
    –200(位置2) 4 5.199×10−11 1.508×10−11 1.741×10−12 8.764×10−14
    5 6.396×10−11 2.346×10−10 2.006×10−11 2.704×10−12 11.441×10−14
    6 5.388×10−11 1.666×10−11 2.097×10−12 8.997×10−14
    –500(位置3) 1 4.213×10−12 6.155×10−13 7.119×10−14 3.442×10−15
    2 4.419×10−12 1.669×10−10 6.823×10−13 8.308×10−14 3.715×10−15
    3 4.119×10−12 6.102×10−13 7.138×10−14 3.379×10−15
    下载: 导出CSV

    表  5  GRNN 重构谱计算结果

    Table  5.   Calculation Results of GRNN Reconstruction Spectrum

    解谱位置MSE迭代次数计算时间/s
    位置19.78×10−512802.6
    位置29.79×10−512802.5
    位置31.014×10−412802.6
    下载: 导出CSV
  • [1] 黄迁明,刘斌,陆婷,等. 中子能谱测量中的解谱技术研究进展[J]. 辐射防护,2022, 42(4): 265-279. doi: 10.3969/j.issn.1000-8187.2022.4.fsfh202204001
    [2] HEYDARZADE A, KASESAZ Y, MOHAMMADI S. Coupling the SAND-II and MCNPX codes for neutron spectrum unfolding[J]. Journal of Instrumentation, 2018, 13(8): P08010. doi: 10.1088/1748-0221/13/08/P08010
    [3] BRYZGALOV V I, DEMIDOV A M, DIKAREV V S, et al. Application of unified composite detectors for measuring neutron spectra[J]. Atomic Energy, 2008, 104(4): 299-307. doi: 10.1007/s10512-008-9032-y
    [4] HOSSEINI S A. Neutron spectrum unfolding using artificial neural network and modified least square method[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2016, 126: 75-84. doi: 10.1016/j.radphyschem.2016.05.010
    [5] 李达,张守杰,马燕,等. 一种带线性约束的中子能谱解谱实数遗传算法解谱方法: 中国,CN109934345B[P]. 2020-11-17.
    [6] SPECHT D F. A general regression neural network[J]. IEEE Transactions on Neural Networks, 1991, 2(6): 568-576. doi: 10.1109/72.97934
    [7] ORTIZ-RODRÍGUEZ J M, ALFARO A R, HARO A R, et al. A neutron spectrum unfolding computer code based on artificial neural networks[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2014, 95: 428-431. doi: 10.1016/j.radphyschem.2013.05.007
    [8] 陈晓亮. 基于探测片活化法的中国实验快堆中子能谱测量实验研究及其应用[D]. 北京: 中国原子能科学研究院,2014.
    [9] MACFARLANE R, MUIR D W, BOICOURT R M, et al. The NJOY nuclear data processing system, version 2016: LA-UR-17-20093[R]. Los Alamos: Los Alamos National Laboratory, 2017.
    [10] QUARTEMONT N J, BICKLEY A A, BEVINS J E. Nuclear data covariance analysis in radiation-transport simulations utilizing SCALE sampler and the IRDFF nuclear data library[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2020, 67(3): 482-491. doi: 10.1109/TNS.2020.2970700
    [11] 王新哲. 3 MW热功率小型钠冷快堆堆芯物理概念设计: CEFR-01-23-45 [R]. 北京: 中国原子能科学研究院,2015.
    [12] IAEA. Compendium of neutron spectra and detector responses for radiation protection purposes: STI/DOC/010/403[R]. Vienna: International Atomic Energy Agency Vienna International Centre, 2002.
    [13] 季米特洛夫斯. CEFR反应堆硼屏蔽组件吸收元件反应堆辐照后研究总结报告: CEFR-BC4-0001[R]. 俄罗斯联邦科学中心-核反应堆科学研究院,2004.
    [14] LI Z G, WANG K, SHE D, et al. Development and benchmark validation of a new MC neutron transport code RMC for reactor analysis[J]. American Nuclear Society Transactions, 2010, 103(1): 770-772.
    [15] 孟令杰,李达,周雪梅. 活化法测量中子能谱实验中反应率及初始谱的检验[J]. 核电子学与探测技术,2015, 35(2): 163-168. doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2015.02.012
  • 加载中
图(13) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  31
  • HTML全文浏览量:  8
  • PDF下载量:  3
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-02
  • 修回日期:  2024-02-26
  • 刊出日期:  2024-12-17

目录

    /

    返回文章
    返回