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

基于非均匀谱修正方法的熔盐堆少群截面计算

戴明 张奥 程懋松

戴明, 张奥, 程懋松. 基于非均匀谱修正方法的熔盐堆少群截面计算[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 62-70. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0062
引用本文: 戴明, 张奥, 程懋松. 基于非均匀谱修正方法的熔盐堆少群截面计算[J]. 核动力工程, 2024, 45(5): 62-70. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0062
Dai Ming, Zhang Ao, Cheng Maosong. Generation of the Few-Group Cross Sections for Molten Salt Reactors Based on Non-Uniform Spectra Modification Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 62-70. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0062
Citation: Dai Ming, Zhang Ao, Cheng Maosong. Generation of the Few-Group Cross Sections for Molten Salt Reactors Based on Non-Uniform Spectra Modification Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(5): 62-70. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0062

基于非均匀谱修正方法的熔盐堆少群截面计算

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.05.0062
基金项目: 中国科学院战略性先导科技专项资助
详细信息
    作者简介:

    戴 明(1988—),男,博士,现主要从事反应堆中子物理研究,E-mail: daiming@sinap.ac.cn

    通讯作者:

    程懋松,E-mail: chengmaosong@sinap.ac.cn

  • 中图分类号: TL329

Generation of the Few-Group Cross Sections for Molten Salt Reactors Based on Non-Uniform Spectra Modification Method

  • 摘要: 针对熔盐堆高泄漏及强异质性特点,基于特征线方法(MOC)的全堆输运计算适用于熔盐堆临界计算。为权衡计算效率及精度,提出非均匀谱修正(nSM)方法为MOC全堆计算提供少群截面。该方法是一种嵌入式泄漏修正方法,即利用少群MOC全堆计算反馈的泄漏参数进行多群能谱计算,然后在线更新全堆计算的少群截面。针对熔盐实验堆(MSRE)二维全堆基准题,与蒙卡程序OpenMC连续能量计算结果对比,非均匀谱修正方法计算的keff偏差小于0.25%,全堆最大裂变率偏差为2.6%,位于相对裂变率仅0.04的堆容器节块,其计算结果明显优于使用组件计算能谱并群截面方案结果。计算分析表明,引入近似的非均匀谱修正方法具有较好精度,且能显著提高计算效率,是一种能为熔盐堆MOC全堆计算提供少群截面的可行方法。

     

  • 图  1  非均匀谱修正方法的计算流程

    Figure  1.  Calculation Flow for Implementing the nSM Method

    图  2  MSRE二维模型

    Figure  2.  2D Model of MSRE

    图  3  组件类型及谱区组(虚线红框标识)

    Figure  3.  Four Types of Assemblies and Groups of Spectral Zones

    图  4  局部二维全堆模型及其谱区划分

    Figure  4.  Partial 2D Geometric Model and Meshing of Spectral Zones

    图  5  裂变率分布对比

    Figure  5.  Results of Fission Rate Distribution

    图  6  MSRE二维全堆模型谱区划分

    Figure  6.  Meshing of Spectral Zones for the MSRE 2D Model

    表  1  MSRE二维模型几何尺寸

    Table  1.   Geometric Parameters for 2D MSRE

    参数 数值
    燃料组件边长/cm 5.08339
    熔盐通道宽度/cm 1.01770
    熔盐通道长度/cm 3.05309
    控制棒通道半径(材料)/cm 0.2(INOR-8)/1.003(He)/
    1.397(Gd2O3-Al2O3)/
    2.3476(He)/2.5(INOR-8)
    堆芯石墨构件半径/cm 70.28500
    内容器内外半径/cm 71.09700/71.73700
    外容器内外半径/cm 74.29900/76.86200
    下载: 导出CSV

    表  2  各材料的核素原子密度

    Table  2.   Atomic Densities of Materials

    材料 核素 原子密度/1024cm−1 核素 原子密度/1024cm−1 核素 原子密度/1024cm−1
    燃料 235U 8.42392×10−5 238U 1.80937×10−4 234U 8.40645×10−7
    236U 3.57205×10−7 6Li 1.09381×10−6 7Li 2.18754×10−2
    9Be 9.86950×10−3 19F 4.95057×10−2 90Zr 8.77846×10−4
    91Zr 1.91432×10−4 92Zr 2.92607×10−4 94Zr 3.44306×10−4
    石墨 12C 9.32817×10−2
    INOR-8 58Ni 4.14052×10−2 60Ni 1.59493×10−2 61Ni 6.93301×10−4
    62Ni 2.21057×10−3 64Ni 5.62963×10−4 100Mo 9.06329×10−4
    92Mo 1.36255×10−3 94Mo 8.54518×10−4 96Mo 1.55082×10−3
    97Mo 8.91259×10−4 98Mo 2.25949×10−3 54Fe 2.74731×10−4
    56Fe 4.31268×10−3 57Fe 9.95987×10−5 58Fe 1.32548×10−5
    50Cr 3.07082×10−4 52Cr 5.92181×10−3 53Cr 6.71480×10−4
    54Cr 1.67145×10−4 12C 2.62315×10−4 46Ti 2.26203×10−5
    47Ti 2.03994×10−5 48Ti 2.02129×10−4 49Ti 1.48334×10−5
    50Ti 1.42028×10−5 27Al 4.86420×10−4 32S 3.11217×10−5
    33S 2.45166×10−7 34S 1.37399×10−6 36S 4.77431×10−9
    55Mn 9.55575×10−4 28Si 1.72394×10−3 29Si 8.75367×10−5
    30Si 5.77059×10−5 63Cu 1.99944×10−4 65Cu 8.92016×10−5
    10B 1.92371×10−5 11B 3.89319×10−5 182W 3.78364×10−5
    183W 2.04316×10−5 184W 4.37474×10−5 186W 4.05919×10−5
    31P 2.54232×10−5 59Co 1.78159×10−4
    Gd2O3-Al2O3 152Gd 3.48303×10−5 154Gd 3.79650×10−4 155Gd 2.57744×10−3
    156Gd 3.56488×10−3 157Gd 2.72548×10−3 158Gd 4.32594×10−3
    160Gd 3.80696×10−3 27Al 7.45896×10−3 16O 3.72236×10−2
    17O 1.41414×10−5
      注:①所有计算都忽略石墨晶格对热中子散射影响;②INOR-8中95Mo的共振自屏对反应性有明显影响,但Draglib多群库中没有其共振积分表,按反应性等效以10B进行替换
    下载: 导出CSV

    表  3  组件计算的keff对比

    Table  3.   keff Comparison for Assembly Calculations

    组件类型 OpenMC ThorLAT 偏差/pcm
    燃料组件 1.63030±0.00026 1.62990 −25
    控制棒通道组件 1.34848±0.00044 1.35013 122
    控制棒插入组件 0.70621±0.00035 0.70630 13
    堆容器组件 0.93429±0.00029 0.93505 81
      1pcm=10−5
    下载: 导出CSV

    表  4  keff及计算时间对比

    Table  4.   Comparison of keff and Computation Time

    控制棒未插入 控制棒插入
    keff 偏差/pcm 时间/s keff 偏差/pcm 时间/s
    OpenMC 1.27507±0.00004 35655 1.03412±0.00004 29640
    ThorMOC-11g 1.28232 569 23 1.04755 1299 24
    ThorMOC-nSM 1.27688 142 35 1.03518 103 38
    ThorMOC-361g 1.27570 49 520 1.03464 50 501
    下载: 导出CSV

    表  5  控制棒插入算例的计算性能分析

    Table  5.   Computational Performance Analysis for the Case with Control Rod Inserted

    参数 ThorMOC-11g ThorMOC-nSM ThorMOC-361g
    特征线生成时间/s 16 16 16
    MOC求解时间/s 8 20 485
    多群能谱计算时间/s 0 2 0
    总外迭代数(曲率及
    截面更新次数)
    26(0) 68(7) 44(0)
    显存+内存/GB 0.9+1.1 0.9+1.1 8.3+9.1
    下载: 导出CSV

    表  6  MSRE二维全堆模型的keff及计算时间对比

    Table  6.   Comparison of keff and Computation Time for MSRE 2D Models

    控制棒未插入 控制棒插入
    keff 偏差 / pcm 时间/s keff 偏差/pcm 时间/s
    OpenMC 1.12868±0.00003 64065 1.04374±0.00003 62771
    ThorMOC-11g 1.14172 1155 1170 1.05843 834 1179
    ThorMOC-nSM 1.13144 245 1434 1.04575 194 1430
    ThorMOC-361g 1.13094 200 3448* 1.04599 216 3456*
      *仅该算例采用二维求解器,计算时间将明显少于三维求解器
    下载: 导出CSV

    表  7  MSRE 二维全堆模型的裂变率分布对比

    Table  7.   Results of Fission Rate Distributions for MSRE 2D Models

    控制棒未插入 控制棒插入
    MAX(对应相对裂变率) AVG RMS MAX(对应相对裂变率) AVG RMS
    ThorMOC-11g 2.6%(0.03) 0.4% 0.7% 3.2%(0.04) 0.6% 0.9%
    ThorMOC-nSM 2.4%(0.40) 0.5% 0.7% 2.6%(0.04) 0.4% 0.6%
    ThorMOC-361g 1.0%(0.48) 0.3% 0.4% 1.9%(0.12) 0.3% 0.4%
      MAX—最大绝对值偏差;AVG—平均绝对值偏差;RMS—均方根偏差
    下载: 导出CSV
  • [1] FRATONI M, SHEN D, ILAS G, et al. Molten salt reactor experiment benchmark evaluation:DOE-UCB-8542[R]. Berkeley: University of California, Berkeley, 2020.
    [2] 蔡翔舟,戴志敏,徐洪杰. 钍基熔盐堆核能系统[J]. 物理,2016, 45(9): 578-590. doi: 10.7693/wl20160904
    [3] 于世和,刘亚芬,杨璞,等. 熔盐实验堆堆芯结构变化对反应性的影响分析[J]. 核技术,2019, 42(2): 020603. doi: 10.11889/j.0253-3219.2019.hjs.42.020603
    [4] 戴明,张奥,程懋松. ESSM和Tone方法在熔盐堆共振计算中的适用性分析[J]. 核技术,2022, 45(9): 090605.
    [5] 戴明,朱贵凤,戴叶,等. 超级均匀化方法用于球床氟盐冷却高温堆扩散计算[J]. 核技术,2017, 40(9): 090604.
    [6] 戴明,朱贵凤,戴叶,等. 基于CITATION-ORIGEN2球床堆平衡态计算程序的实现[J]. 原子能科学技术,2017, 51(1): 113-119. doi: 10.7538/yzk.2017.51.01.0113
    [7] MPHAHLELE R, OUGOUAG A M, IVANOV K N, et al. Spectral zone selection methodology for pebble bed reactors[J]. Annals of Nuclear Energy, 2011, 38(1): 80-87. doi: 10.1016/j.anucene.2010.08.014
    [8] RÜTTEN H J, HAAS K A, BROCKMANN H, et al. V. S. O. P. (99/05) computer code system for reactor physics and fuel cycle simulation:Jül-4189[R]. Jülich: Forschungszentrum Jülich GmbH, 2005.
    [9] HUDSON N H, OUGOUAG A M, RAHNEMA F, et al. A pebble bed reactor cross section methodology[J]. Annals of Nuclear Energy, 2009, 36(8): 1138-1150. doi: 10.1016/j.anucene.2009.04.013
    [10] MASSIMO L. Physics of high-temperature reactors[M]. Oxford: Pergamon Press, 1976:208-210.
    [11] SHE D, LIU Z H, GUO J, et al. Leakage correction in group-constant generation for pebble-bed HTGRs[J]. Progress in Nuclear Energy, 2018, 105: 76-82. doi: 10.1016/j.pnucene.2017.12.015
    [12] 戴明. 球床氟盐冷却高温堆堆芯燃料管理研究[D]. 上海: 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2017: 37-42.
    [13] DAI M, CHENG M S. Application of material-mesh algebraic collapsing acceleration technique in method of characteristics-based neutron transport code[J]. Nuclear Science and Techniques, 2021, 32(8): 87. doi: 10.1007/s41365-021-00923-w
    [14] ZHANG A, DAI M, CHENG M S, et al. Development of a GPU-based three-dimensional neutron transport code[J]. Annals of Nuclear Energy, 2022, 174: 109156. doi: 10.1016/j.anucene.2022.109156
    [15] DAI M, ZHANG A, CHENG M S. Improvement of the 3D MOC/DD neutron transport method with thin axial meshes[J]. Annals of Nuclear Energy, 2023, 185: 109731. doi: 10.1016/j.anucene.2023.109731
    [16] ROMANO P K, HORELIK N E, HERMAN B R, et al. OpenMC: a state-of-the-art Monte Carlo code for research and development[J]. Annals of Nuclear Energy, 2015, 82: 90-97. doi: 10.1016/j.anucene.2014.07.048
  • 加载中
图(6) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  22
  • HTML全文浏览量:  6
  • PDF下载量:  6
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-27
  • 修回日期:  2024-01-12
  • 刊出日期:  2024-10-14

目录

    /

    返回文章
    返回