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

基于蒙特卡罗方法的空间核反应堆在线截面处理与燃耗计算研究

李锐 刘仕倡 车锐 卢迪 王连杰 王振宇 陈义学

李锐, 刘仕倡, 车锐, 卢迪, 王连杰, 王振宇, 陈义学. 基于蒙特卡罗方法的空间核反应堆在线截面处理与燃耗计算研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 111-117. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0111
引用本文: 李锐, 刘仕倡, 车锐, 卢迪, 王连杰, 王振宇, 陈义学. 基于蒙特卡罗方法的空间核反应堆在线截面处理与燃耗计算研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 111-117. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0111
Li Rui, Liu Shichang, Che Rui, Lu Di, Wang Lianjie, Wang Zhenyu, Chen Yixue. Study on On-the-fly Cross-Section Treatment and Burnup Calculation of Space Nuclear Reactor Based on Monte Carlo Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 111-117. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0111
Citation: Li Rui, Liu Shichang, Che Rui, Lu Di, Wang Lianjie, Wang Zhenyu, Chen Yixue. Study on On-the-fly Cross-Section Treatment and Burnup Calculation of Space Nuclear Reactor Based on Monte Carlo Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 111-117. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0111

基于蒙特卡罗方法的空间核反应堆在线截面处理与燃耗计算研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0111
基金项目: 中国科协青年人才托举工程(2020QNRC001);河北省自然科学基金(A2022502008);核反应堆系统设计重点实验室稳定支持(WDZC-02-2020005);中央高校基本科研业务费专项资金(2022JG002)
详细信息
    作者简介:

    李 锐(1997—),男,硕士研究生,核科学与核技术专业,E-mail: lee.rui_mail@qq.com

    通讯作者:

    刘仕倡,E-mail: liu-sc@ncepu.edu.cn

  • 中图分类号: TL329+.3

Study on On-the-fly Cross-Section Treatment and Burnup Calculation of Space Nuclear Reactor Based on Monte Carlo Method

  • 摘要: 为解决蒙特卡罗(简称“蒙卡”)程序计算时的截面在线处理问题,针对可分辨共振能区,采用靶核运动抽样方法和改进高斯-厄米特方法计算不同燃料温度下的有效增殖系数(keff),将2种截面处理方法应用于千瓦级热管式空间核反应堆模型,并与使用精确温度截面库的keff计算结果进行对比。结果表明,对于不同温度下的keff,2个方法的绝对误差都在±3倍的相对组合统计误差之内,靶核运动抽样方法和改进高斯-厄米特方法的计算时间分别增加了45%和9%。为解决空间堆中的蒙卡燃耗计算问题,将堆用蒙卡分析程序(RMC)的内耦合燃耗计算功能应用于兆瓦级热管式空间核反应堆模型和棱柱式高温气冷堆模型,并与典型蒙卡程序Serpent和MCNP进行对比。结果表明,每一个燃耗步下,keff的最大误差不超过0.2%和0.3%。2个研究初步验证了RMC对空间核反应堆在线截面处理和燃耗计算的正确性。

     

  • 图  1  238U总截面随能量的变化规律及分区(900 K)

    Figure  1.  The Changing Law and Zoning of 238U Total Section with Energy (900 K)

    图  2  RMC-DEPTH燃耗计算流程

    Figure  2.  RMC-DEPTH Burnup Calculation Process

    图  3  KiloPower堆芯结构[17]

    Figure  3.  KiloPower Reactor Core Structure [17]

    图  4  不同在线多普勒展宽方法比较

    Figure  4.  Comparison of Different on-the-fly Doppler Broadening Methods

    图  5  TMS方法与精确库的绝对误差

    Figure  5.  Absolute Error of TMS and Precision Library

    图  6  改进高斯-厄米特方法与精确库的绝对误差

    Figure  6.  Absolute Error of Improved Gauss-Hermite Method and Precision Library

    图  7  不同截面处理方法的计算时间

    Figure  7.  Calculation Time of Different Cross-Section Treatment Methods      

    图  8  MegaPower热管堆结构[18]

    Figure  8.  MegaPower Heat Pipe Reactor Structure [18]

    图  9  MegaPower反应堆燃耗计算的keff结果

    Figure  9.  keff of Burnup Calculation for MegaPower Reactor

    图  10  235U核子密度随燃耗的变化曲线

    Figure  10.  Variation Curve of 235U Nucleon Density with Burnup      

    图  11  238U核子密度随燃耗的变化曲线

    Figure  11.  Variation Curve of 238U Nucleon Density with Burnup      

    图  12  239Pu核子密度随燃耗的变化曲线

    Figure  12.  Variation Curve of 239Pu Nucleon Density with Burnup       

    图  13  棱柱式高温气冷堆结构[19]

    Figure  13.  Prismatic High Temperature Gas Cooled Reactor Structure [19]

    图  14  棱柱式高温气冷堆燃耗计算的keff结果

    Figure  14.  keff of Burnup Calculation for Prismatic High Temperature Gas Cooled Reactor

  • [1] 张泽,薛翔,王园丁,等. 空间核动力推进技术研究展望[J]. 火箭推进,2021, 47(5): 1-13. doi: 10.3969/j.issn.1672-9374.2021.05.001
    [2] 余佩华. 核数据处理系统−NJOY的移植[J]. 中国原子能科学研究院年报,1986: 21.
    [3] 温丽丽,吴海成,吴小飞,等. 热中子散射数据处理程序TSC的研制[J]. 原子能科学技术,2017, 51(4): 591-596. doi: 10.7538/yzk.2017.51.04.0591
    [4] 黄自锋,马续波,朱润泽,等. 快堆多群数据库处理程序MGGC1.0的开发和验证[J]. 核动力工程,2021, 42(3): 6-13. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.03.0006
    [5] 祖铁军, 汤勇强, 尹文, 等. 核数据处理程序NECP-Atlas研发进展[C]//中国核科学技术进展报告(第七卷)——中国核学会2021年学术年会论文集第6册(计算物理分卷、核物理分卷、核聚变与等离子体物理分卷、辐射物理分卷、核工程力学分卷). 烟台: 中国核学会, 2021: 24-29. DOI: 10.26914/c.cnkihy.2021.064261.
    [6] YUAN Y, LIU S C, WANG K, et al. Dynamic simulation with on the fly Doppler broadening treatment in RMC[J]. Transactions of the American Nuclear Society, 2016, 115(pt.2): 1097-1100.
    [7] 马续波,鲁凡,陈义学,等. 基于cosRMC的新一代PWR栅元和组件燃耗计算[J]. 原子能科学技术,2016, 50(11): 2010-2017.
    [8] 邓力,胡泽华,陈朝斌,等. 三维多群中子输运蒙特卡罗程序MCMG-Ⅱ基准检验[J]. 原子能科学技术,2009, 43(S1): 32-36.
    [9] 胡家驹,马续波,陈义学,等. 基于VENUS-2临界基准的CosMC程序验证[J]. 核动力工程,2014, 35(S2): 94-97. doi: 10.13832/j.jnpe.2014.S2.0094
    [10] MA X B, HU J, LU F, et al. Validation of the Monte Carlo code COSMC by 3-D VENUS-2 MOX core benchmark[C]//Proceedings of the Reactor Physics Asia 2015 (RPHA15) Conference. Jeju: RPHA, 2015.
    [11] FORGET B, XU S, SMITH K. Direct doppler broadening in Monte Carlo simulations using the multipole representation[J]. Annals of Nuclear Energy, 2014, 64: 78-85. doi: 10.1016/j.anucene.2013.09.043
    [12] BECKER B, DAGAN R, BROEDERS C H M, et al. An alternative stochastic Doppler broadening algorithm[C]//2009 International Conference on Advances in Mathematics, Computational Methods, and Reactor Physics. Saratoga Springs: American Nuclear Society, 2009.
    [13] VIITANEN T, LEPPÄNEN J. Explicit treatment of thermal motion in continuous-energy Monte Carlo tracking routines[J]. Nuclear Science and Engineering, 2012, 171(2): 165-173. doi: 10.13182/NSE11-36
    [14] 刘仕倡,王侃,陈义学. 基于改进Gauss-Hermite方法的在线多普勒展宽方法研究[J]. 原子能科学技术,2020, 54(3): 458-463. doi: 10.7538/yzk.2019.youxian.0466
    [15] DEAN C, PERRY R, NEAL R, et al. Validation of run-time Doppler broadening in MONK with JEFF3.1[J]. Journal of the Korean Physical Society, 2011, 59(2): 1162-1165.
    [16] CROFF A G. User's manual for the ORIGEN2 computer code[R]. Oak Ridge: Oak Ridge National Laboratory, 1980.
    [17] 安伟健,郭键,葛攀和,等. Kilopower空间堆掉落事故临界安全问题研究[J]. 原子能科学技术,2021, 55(3): 447-453. doi: 10.7538/yzk.2020.youxian.0188
    [18] 马誉高,杨小燕,刘余,等. MW级热管冷却反应堆反馈特性及启堆过程研究[J]. 原子能科学技术,2021, 55(S2): 213-220.
    [19] 杨谢,佘顶,石磊. 棱柱式高温气冷空间核反应堆初步方案设计与中子物理分析[J]. 原子能科学技术,2017, 51(12): 2288-2293. doi: 10.7538/yzk.2017.51.12.2288
  • 加载中
图(14)
计量
  • 文章访问数:  252
  • HTML全文浏览量:  46
  • PDF下载量:  42
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-22
  • 修回日期:  2022-09-26
  • 刊出日期:  2022-12-31

目录

    /

    返回文章
    返回