基于伴随通量的反应堆临界硼浓度及控制棒位置搜索方法研究

摘要

蒙特卡罗方法由于几何适应性强、计算结果精确等优势，在先进核能系统的设计与分析中获得越来越广泛的应用。临界硼浓度、控制棒位置等关键参数搜索是反应堆设计和物理分析的重要组成部分，传统的临界搜索方法需要进行多次临界计算，蒙特卡罗方法收敛速度慢，导致搜索效率低下。因此，发展先进、高效的蒙特卡罗临界搜索方法成为重要研究方向。本文在中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC的基础上，基于伴随通量研究反应堆临界硼浓度及控制棒位置搜索方法。主要研究工作如下:
　　1)发展了基于伴随通量的临界硼浓度搜索方法。针对伴随通量计算问题，基于反复裂变几率方法，并进一步采取源归并策略，在不增加内存消耗的前提下，获得精确的伴随通量统计结果。针对临界硼浓度搜索的问题，从中子输运方程的伴随方程和扰动方程出发，推导出有效增殖因子对硼浓度变化的响应系数，计算出系统达到临界状态需要的硼浓度变化量，并通过美国Westinghouse公司标准17×17压水堆组件模型进行了该功能的正确性验证。
　　2)发展了基于轴向离散的临界控制棒位置搜索方法。针对临界控制棒位置搜索的问题，采用了轴向分段的策略，计算出每一段控制棒对有效增殖因子的影响，推导出有效增殖因子对控制棒位置变化的响应系数，实现了控制棒位置的临界搜索，并通过C5G7-UOX组件模型验证了该功能的正确性。
　　本文进一步采用Hoogenboom等提出的压水堆全堆芯Hoogenboom基准模型和IAEA BN-600基准例题进行校验，分别通过一次计算得到了Hoogenboom达到临界的硼浓度和IAEA BN-600达到临界的控制棒位置，与国际上公开发表的结果吻合。测试结果初步表明本文发展的临界搜索方法能够较好地支持反应堆的设计与物理分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 核电发展现状

1．1．2 反应堆设计分析需求

1．1．3 反应堆临界搜索

1．2 研究现状

1．2．1 临界搜索研究现状

1．2．2 伴随通量研究现状

1．3 研究目标与意义

1．4 论文内容与结构

第2章 蒙特卡罗Il各界搜索的基本理论

2．1 中子输运微扰理论

2．1．1 中子输运方程

2．1．2 基于伴随通量的中子输运方程的扰动方程

2．2 基于伴随通量的临界搜索

2．3 本章小结

第3章 蒙特卡罗临界搜索方法研究

3．1 伴随通量计算

3．1．1 反复裂变几率法

3．1．2 源归并策略

3．2 临界硼浓度搜索

3．2．1 临界硼浓度搜索方法

3．2．2 临界硼浓度搜索测试

3．3 临界控制棒位置搜索

3．3．1 控制棒几何模型的处理

3．3．2 控制棒临界位置的确定

3．3．3 临界控制棒位置搜索测试

3．4 本章小结

第4章 临界搜索校验

4．1 Hoogenboom临界硼浓度搜索

4．1．1 Hoogenboom模型描述

4．1．2 临界硼浓度搜索

4．1．3 校验结果分析

4．2．1 BN-600模型描述

4．2．2 临界控制棒位置搜索

4．2．3 校验结果分析

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士在读期间取得的成果