控制棒价值计算不确定性传播方法研究

摘要

在核反应堆堆芯中，控制棒是对反应性进行控制的重要手段。控制棒价值和有效增殖因子一样，都是反应堆物理设计中的重要堆芯参数。由于控制棒制造公差、核数据自身不确定性、不同计算方法、堆芯状态变化等，导致控制棒价值计算过程中存在很多的不确定性因素。为了优化核反应堆堆芯设计，有必要采用高效的不确定性分析方法鉴定并量化控制棒价值的不确定性。但是，目前控制棒价值的计算不确定性分析并没有成功开展的先例，因此需要尽快展开控制棒价值计算不确定性的系统性研究工作，以提高控制棒价值计算的可信度。
　　本文分析了控制棒价值计算过程中的各个不确定性因素，明确了控制棒价值计算不确定性的来源，针对控制棒价值的计算流程，采用微扰理论耦合抽样统计方法，提出了基于微扰理论的控制棒价值计算不确定性传播分析方法。采用微扰理论计算控制棒价值，可以直观地表达出控制棒价值不确定性来源与控制棒价值之间的关系，以便基于这种关系系统地开展各个不确定性来源对控制棒价值计算不确定性的影响分析。
　　由于微扰理论在处理强吸收体时具有较大的误差，如果想要获取较为准确的控制棒价值计算结果，需要采用高阶微扰理论来降低控制棒价值计算结果的误差。本文基于高阶微扰理论推导得到了控制棒微分价值的计算式，并基于高阶微扰理论开发了控制棒价值的计算程序。
　　为了验证该传播方法的可行性与高阶微扰理论计算控制棒价值的正确性，本文基于CASL基准题建立了简化的Mini堆芯模型，并使用自主开发的基于高阶微扰理论的控制棒价值计算程序计算了不同棒位下的控制棒微分价值。结果表明，基于高阶微扰理论的控制棒价值计算方法与两次临界的传统计算方法相比，根据步长选取合适的阶数，可以使计算误差降低在可以接受的范围内。同时，针对来自核数据的不确定性输入，量化了不同棒位下的控制棒微分价值的不确定性，并根据控制棒微分价值不确定性计算得到控制棒积分价值的不确定性，验证了基于高阶微扰理论的控制棒价值计算不确定性传播方法的可行性。

目录

声明

主要符号参照表

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 反应堆物理计算不确定性分析研究现状

1.2.2 反应堆物理计算不确定性分析方法和程序研究现状

1.2.3 控制棒价值计算不确定性分析研究现状

1.3 本文主要工作及内容

第2章 控制棒价值计算不确定性分析方法

2.1 控制棒价值计算不确定性传播框架

2.1.1 控制棒价值计算方法

2.1.2 不确定性传播框架

2.2 微扰理论耦合抽样统计的不确定性分析方法

2.2.1 不确定性分析流程

2.2.2 响应结果的拟合分布检验

2.2.3 不确定性结果的标准误

2.3 基于误差传递思想的不确定性分析方法

2.4 本章小结

第3章 控制棒价值不确定性分析程序开发与验证

3.1 基于高阶微扰理论的控制棒价值计算程序开发

3.2 基于高阶微扰理论的控制棒价值计算程序验证

3.2.1 Mini堆芯模型

3.2.2 控制棒价值计算结果

3.2.3 阶数选择与步长的关系分析

3.3 微扰理论耦合抽样统计的不确定性分析方法验证

3.3.1 控制棒价值计算不确定性量化过程

3.3.2 控制棒价值不确定性结果

3.4 本章小结

第4章 控制棒价值计算不确定性数值结果与分析

4.1 基于高阶微扰理论的控制棒价值不确定性量化

4.2 控制棒价值计算不确定性量化结果

4.2.1 控制棒微分价值计算不确定性量化

4.2.2 控制棒积分价值计算不确定性量化

4.3 控制棒价值计算不确定性结果分析

4.3.1 不确定性随棒位变化趋势分析

4.3.2 不同的不确定性量化方法结果对比

4.3.3 控制棒对功率分布不确定性的影响

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢