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熔盐堆三维中子输运程序组件计算模块开发及验证

戴明 程懋松

戴明, 程懋松. 熔盐堆三维中子输运程序组件计算模块开发及验证[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 192-199. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0192
引用本文: 戴明, 程懋松. 熔盐堆三维中子输运程序组件计算模块开发及验证[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 192-199. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0192
Dai Ming, Cheng Maosong. Development and Validation of Assembly Calculation Module in 3D Neutron Transport Code for Molten Salt Reactors[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 192-199. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0192
Citation: Dai Ming, Cheng Maosong. Development and Validation of Assembly Calculation Module in 3D Neutron Transport Code for Molten Salt Reactors[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 192-199. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0192

熔盐堆三维中子输运程序组件计算模块开发及验证

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0192
详细信息
    作者简介:

    戴 明(1988—),男,博士,现主要从事反应堆物理算法研究,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

Development and Validation of Assembly Calculation Module in 3D Neutron Transport Code for Molten Salt Reactors

  • 摘要: 熔盐堆三维中子输运程序ThorMOC采用非均匀谱修正方法为全堆输运计算提供少群截面,需要依赖组件或超组件计算提供多群有效宏观截面。针对具有三维复杂形状共振区的熔盐堆组件或超组件,利用ThorMOC中基于图形处理器(GPU)并行和基于特征线法(MOC)的粗网综合加速(MSA)方法的准三维MOC输运求解器,实现了基于SHEM361能群结构多群数据库的嵌入式共振自屏方法(ESSM),从而在ThorMOC中支持熔盐堆组件计算。针对圆柱通道熔盐堆,划分7类组件并进行了验证分析,其中包括3个考虑上下支撑板及腔室的三维超组件,与连续能量蒙特卡罗方法结果相比,最大有效增殖因子相对偏差为−110pcm(1pcm =10−5)。数值计算结果表明所实现的组件计算模块可有效处理具有三维复杂形状共振区的熔盐堆组件计算。

     

  • 图  1  ThorMOC构建的圆柱通道熔盐堆几何模型

    Figure  1.  Geometric Model of the Cylindrical Channel Molten Salt Reactor Built with ThorMOC

    图  2  圆柱通道熔盐堆的各类组件计算的几何模型

    Figure  2.  Geometric Models of Different Types of Assemblies in the Cylindrical Channel Molten Salt Reactor

    图  3  ThorMOC计算得到归一化总注量率分布

    Figure  3.  Total Flux Distributions Obtained from ThorMOC Calculations

    表  1  圆柱通道熔盐堆的基本参数

    Table  1.   Parameters of the Cylindrical Channel Molten Salt Reactor

    参数名参数值
    堆芯构件的高度(半径)/cm180(115)
    堆容器的内径(厚度)/cm115.5(3.0)
    支撑板厚度/cm5.0
    上下腔室高度/cm10
    上下反射层高度/cm16
    控制棒通道套管内(外)半径/ cm2.5(3.0)
    熔盐通道半径(对边距)/cm2.0(10.0)
    熔盐出口半径/cm6.25
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    表  2  ThorMOC与OpenMC计算的有效增殖因子对比

    Table  2.   Comparison of Effective Multiplication Factors between ThorMOC and OpenMC Calculations

    组件类型 有效增殖因子 相对偏差/pcm
    OpenMC ThorMOC
    燃料通道 1.41202$ \pm $0.00009 1.41176 −18
    未插入控制棒通道 1.30175$ \pm $0.00013 1.30067 −83
    插入控制棒通道 0.91377$ \pm $0.00013 0.91318 −65
    反射层 1.14245$ \pm $0.00014 1.14216 −25
    下腔室 1.04996$ \pm $0.00015 1.04928 −65
    带控制棒上腔室 0.81260$ \pm $0.00013 0.81171 −110
    带出口上腔室 1.04848$ \pm $0.00008 1.04789 −56
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    表  3  ThorMOC计算时Zr和Mo同位素共振处理对于有效增殖因子的影响

    Table  3.   Impact of Zr and Mo Isotope Resonance Treatments on Effective Multiplication Factor in ThorMOC Calculations

    组件类型 有效增殖因子
    Zr同位素
    不共振处理
    相对
    偏差/pcm
    Mo同位素
    不共振处理
    相对偏差/pcm 95Mo、96Mo和
    98Mo共振处理
    相对
    偏差/pcm
    燃料通道 1.41089 −80 1.41176 −18 1.41089 −80
    未插入控制棒通道 1.30041 −103 1.30052 −94 1.30036 −107
    插入控制棒通道 0.91301 −83 0.91302 −82 0.91297 −88
    反射层 1.14154 −80 1.14207 −34 1.14152 −82
    下腔室 1.04904 −88 1.04868 −122 1.04890 −101
    带控制棒上腔室 0.81155 −129 0.81093 −205 0.81137 −151
    带出口上腔室 1.04766 −78 1.04733 −110 1.04752 −92
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    表  4  ThorMOC对于各类组件计算的性能分析

    Table  4.   Performance Analysis of Assembly Calculations Using ThorMOC

    组件类型 OpenMC
    计算时间/s
    ThorMOC
    总时间/s
    ThorMOC内存+
    显存消耗/GB
    ThorMOC共振
    计算时间/s
    ThorMOC多群
    计算时间(MSA)/s
    ThorMOC多群
    计算时间
    (自由迭代)/s
    MSA粗网求解
    时间占比/%
    MSA
    加速比
    燃料通道 3018 19.4 0.3+0.5 1.5 17.7 58.8 82.8 3.3
    未插入控制棒通道 2994 67.8 1.0+1.4 16.8 50.0 131.6 72.0 2.6
    插入控制棒通道 2573 74.8 1.0+1.5 18.2 55.7 161.0 64.0 2.9
    反射层 2965 117.0 1.3+3.0 27.0 74.8 579.4 67.9 7.7
    下腔室 3296 205.7 0.6+5.5 90.0 115.5 2284.0 31.3 19.8
    带控制棒上腔室 3757 546.4 1.0+7.6 254.8 291.6 4808.2 29.8 16.5
    带出口上腔室 3150 376.4 1.0+7.4 171.0 205.4 4742.0 21.5 23.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-06
  • 修回日期:  2025-04-24
  • 刊出日期:  2025-06-15

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