基于逆动态法的次临界系统次临界度重构方法研究

摘要

外源驱动次临界系统(如ADS)是一种新型核能系统。在线重构次临界度是ADS反应堆物理的主要研究内容之一。由于ADS具有连续的强外中子源及反应堆处于次临界状态，传统的反应性重构方法面临新的物理问题:外中子源效应问题和空间/能谱效应问题，需要研究次临界状态下的反应性（次临界度）在线重构方法。本文从中子输运理论出发，研究了次临界度重构的基本原理，开展了基于逆动态法的次临界系统次临界度重构方法研究，克服了这两个新问题，实现了次临界系统次临界度的精准在线重构。本文主要研究内容及创新点包括:
　　(1)发展了一种结合外源刻度的次临界逆点动态法，实现了基于核功率的次临界系统次临界度在线重构，充分考虑了次临界度在线重构中的外中子源效应问题。本文针对外源驱动次临界系统的动力学特点，利用次临界稳态核功率及初始次临界度进行外源刻度，开发了次临界逆点动态算法，使用欧盟发布的次临界系统PDS-XADS进行一系列数值验证，测试了覆盖常见次临界度应用范围的多种不同初始次临界度情况下(对应初始keff在0.97290～0.88991之间）的次临界度重构性能，重构相对误差范围为6.81％～13.12％。结果表明该方法可以有效实现次临界系统次临界度在线重构。
　　(2)提出了一种结合最优空间/能谱响应区间的次临界逆空间动态法，实现了基于中子通量密度的次临界系统次临界度精准在线重构，克服了次临界度在线重构的空间/能谱效应问题。考虑到反应性重构受到空间/能谱效应的影响，本文系统的研究了次临界状态下的空间/能谱效应，预测并验证了次临界度重构的最优空间/能谱响应区间。基于次临界系统PDS-XADS对次临界逆空间动态法进行综合测试验证，实现了基于最优空间/能谱响应区间的中子通量密度进行次临界度的精准在线重构，当初始keff在0.97071时，次临界度重构相对误差在1.0％以内，优于次临界逆点动态法结果（相对误差为6.7％）。
　　综上所述，本文发展了次临界逆点动态法并提出了次临界逆空间动态法，克服了次临界度重构的外中子源效应和空间/能谱效应问题，实现了基于核功率或中子通量密度的次临界度精准在线重构，为外源驱动次临界系统次临界度在线测量提供理论指导。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景与意义

1．1．1 核能发展态势及问题

1．1．2 外源驱动次临界系统研究

1．1．3 次临界反应堆物理实验研究

1．1．4 次临界度重构的意义及问题

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 论文内容和结构

1．3．1 论文内容

1．3．2 论文结构

第二章 次临界度重构理论基础

2．1．1 确定论方法

2．1．2 蒙特卡罗方法

2．2 中子动力学理论与计算模型

2．2．1 直接数值计算模型

2．2．2 因子分解模型

2．2．3 模项展开模型

2．2．4 点堆模型

2．3 次临界度重构原理

2．3．1 次临界系统关键物理参数

2．3．2 次临界度重构方法

第三章 结合外源刻度的次临界逆点动态法研究

3．1 次临界逆点动态法基本原理

3．1．1 初始次临界度的确定

3．1．2 初始外源的确定

3．2 算法设计与实现

3．2．1 算法设计

3．2．2 程序输入／输出

3．3 基准校验与分析

3．3．1 临界算法验证

3．3．2 次临界算法验证

3．4 小结

第四章 次临界状态下的空间／能谱效应研究

4．1 最优空间／能谱响应区间基本描述

4．1．1 最优空间探测位置

4．1．1 最优能谱响应区间

4．1 最优空间／能谱响应区间预测

4．1．1 理论推导预测

4．1．2 初步理论分析

4．2 基准校验与分析

4．2．1 IAEA ADS基准例题

4．2．2 最优空间／能谱响应区间的确定

4．3 小结

第五章 结合最优空间／能谱响应区间的次临界逆空间动态法研究

5．1 次临界逆空间动态法基本思想

5．2 综合例题校验与分析

5．2．1 时间相关中子通量密度的计算

5．2．2 最优空间／能谱响应区间确定

5．2．3 次临界度在线重构与分析

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．1．1 主要内容

6．1．2 贡献之处(创新)

6．2 展望

参考文献

致谢

在学期间的发表的学术论文与取得的其他研究成果