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非共振能区连续能量确定论中子输运计算方法研究

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原子能科学技术 2024年第6期58卷 1210-1217页

作者：刘浩泼李云召吴宏春曹良志西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

为了分析核反应堆堆芯内相关物理量分布,需要利用数值方法求解中子输运方程。其中,概率论方法计算效率尚无法满足大型工程计算的需求;而确定论方法大都采用多群近似技术,需要制作专门的多群数据库、进行复杂的共振计算。为了消除确定论... 详细信息

为了分析核反应堆堆芯内相关物理量分布,需要利用数值方法求解中子输运方程。其中,概率论方法计算效率尚无法满足大型工程计算的需求;而确定论方法大都采用多群近似技术,需要制作专门的多群数据库、进行复杂的共振计算。为了消除确定论方法中的多群近似,本研究提出了基于函数展开的连续能量确定论中子输运计算技术。针对核反应微观截面在非共振能区的特点,建立了多项式基函数展开技术,恰当地刻画了中子在能量维度上的耦合特性,给出了中子通量密度和核反应率等物理量随中子能量的分布。本文详细介绍了非共振能区函数展开技术的理论模型、程序开发与验证。数值结果表明,该技术思路可行。

关键词：中子输运方程基函数展开连续能量确定论非共振

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基于中子电报方程的均匀裸堆瞬态中子输运问题解析解研究

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核动力工程 2024年第2期45卷 42-46页

作者：王伟国李云召秦浚玮曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安 710049

斐克定律作为扩散理论的基础,其本质是在中子输运方程的P_1近似方程(电报方程)的基础上进一步忽略了中子流密度关于时间的导数项,因此在瞬态过程中无法准确描述实际的中子动力学过程。本文基于单能中子电报动力学方程,针对一维无限大平... 详细信息

斐克定律作为扩散理论的基础,其本质是在中子输运方程的P_1近似方程(电报方程)的基础上进一步忽略了中子流密度关于时间的导数项,因此在瞬态过程中无法准确描述实际的中子动力学过程。本文基于单能中子电报动力学方程,针对一维无限大平板裸堆中子动力学问题,利用分离变量法推导了其解析解,并与扩散中子动力学方程的解析解进行了对比分析。研究发现:在瞬态变化过程中,电报方程的解与扩散方程的解相比,空间项仍保持余弦函数的形式,但是时间项的变化则更为复杂,一是时间项的级数组合形式受到问题的几何和材料的影响,二是高阶谐波表现出随时间振荡变化的规律。该研究结果可以为后续基于中子电报方程的数值理论研究提供参照和依据。

关键词：中子动力学 P_1近似电报方程扩散方程解析解

NECP-Atlas中屏蔽数据库制作模块的开发与验证

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核动力工程 2022年第3期43卷 15-20页

作者：祖铁军徐宁曹良志吴宏春西安交通大学核科学与技术学院西安710049

在核数据处理程序NECP-Atlas中开发了屏蔽数据库制作模块Shield_calc,该模块先利用NECPAtlas产生问题无关的MATXS格式细群中子、光子截面数据库;然后采用超细群方法、Bondarenko迭代方法进行共振自屏计算,获得有效自屏截面;最后,基于1... 详细信息

在核数据处理程序NECP-Atlas中开发了屏蔽数据库制作模块Shield_calc,该模块先利用NECPAtlas产生问题无关的MATXS格式细群中子、光子截面数据库;然后采用超细群方法、Bondarenko迭代方法进行共振自屏计算,获得有效自屏截面;最后,基于1维反应堆模型采用NECP-Hydra进行输运计算获得应用堆型的典型权重谱,将细群屏蔽数据库归并为宽群屏蔽数据库NECL-SHILED。利用Shield_calc模块,基于与BUGLE-B7相同的评价核数据库ENDF/B-Ⅶ.0,制作了47群中子、20群光子的NECL-SHILED,并与BUGLE-B7进行了对比,数值结果显示NECL-SHILD与BUGLE-B7计算结果吻合较好,验证了Shield_calc模块具有较高的精度。

关键词：屏蔽数据库核数据处理 BUGLE-B7 NECP-Atlas NECL-SHILED

六角形布置反应堆高保真物理计算方法研究与验证

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核动力工程 2022年第1期43卷 7-14页

作者：陈俊辑刘宙宇曹璐曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安710049

俄罗斯商用压水堆VVER和大多数实验堆均采用了六角形紧凑型栅格布置,为了实现VVER和六角形实验堆的高保真数值模拟分析,本文基于数值反应堆物理计算程序(NECP-X)开展了六角形堆芯高保真计算方法研究和程序开发。首先,将全局-局部耦合共... 详细信息

俄罗斯商用压水堆VVER和大多数实验堆均采用了六角形紧凑型栅格布置,为了实现VVER和六角形实验堆的高保真数值模拟分析,本文基于数值反应堆物理计算程序(NECP-X)开展了六角形堆芯高保真计算方法研究和程序开发。首先,将全局-局部耦合共振自屏计算方法拓展至六角形堆芯,实现六角形堆芯燃料棒的全堆芯高精度共振计算;其次,基于2D/1D耦合输运计算方法研究了六角形堆芯的高保真计算方法;最后,为了提高全堆芯计算的计算效率,研究了基于区域分解松耦合的非结构网格的粗网有限差分(CMFD)加速方法,可以实现以矩形、六角形和其他多边形栅元为基础的pin-by-pin CMFD加速。为了验证六角形堆芯高保真计算方法的精度和效率,计算了六角形C5G7基准问题,并分析了六角形输运计算方法的计算精度和CMFD方法的加速效果;将NECP-X程序应用于西安脉冲堆的2D全堆芯计算,与蒙特卡罗程序的结果对比表明NECP-X程序计算得到的特征值和功率分布均具有较高精度。因此,本文建立的六角形堆芯高保真计算方法可以应用于六角形堆芯的分析计算。

关键词：数值反应堆物理计算程序(NECP-X) 六角形堆芯特征线方法(MOC) 粗网有限差分(CMFD)加速 2D/1D计算

针对大空间伽马射线输运模拟的CADIS-环探测器耦合方法

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原子能科学技术 2023年第S1期57卷 246-253页

作者：黄展鹏曹良志贺清明吴宏春西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049

为解决大空间伽马射线蒙特卡罗输运模拟面临的粒子难以到达目标区域的深穿透问题和小目标区域计数问题,本文提出一致性共轭驱动重要性抽样(CADIS)-环探测器耦合方法。使用环探测器计数作为统计目标量的计数方法,使用基于CADIS方法的概率... 详细信息

为解决大空间伽马射线蒙特卡罗输运模拟面临的粒子难以到达目标区域的深穿透问题和小目标区域计数问题,本文提出一致性共轭驱动重要性抽样(CADIS)-环探测器耦合方法。使用环探测器计数作为统计目标量的计数方法,使用基于CADIS方法的概率论-确定论耦合流程自动产生源偏倚参数和权窗参数,将自动产生的源偏倚参数和权窗参数与环探测器计数耦合运用到大空间伽马射线输运模拟,能增加环探测器附近的粒子数,降低蒙特卡罗计数统计方差。数值结果表明,针对3000 m的大空间伽马射线输运模拟,在相同粒子输运的情况下,与只使用环探测器计数相比,CADIS-环探测器耦合方法能将相对标准偏差从11.33%降低到2.49%,将品质因子提高2倍。因此,本文提出的CADIS-环探测器耦合方法能有效解决大空间伽马射线输运模拟的深穿透问题和小目标区域计数问题。

关键词：蒙特卡罗降方差技巧 CADIS 粒子输运

一种通过边界注量率耦合的MOC和S_(N)二维耦合中子输运方法

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核动力工程 2022年第2期43卷 9-16页

作者：张思凡袁媛刘宙宇周欣宇曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安710049 中国核电工程有限公司北京100840

当使用特征线方法(MOC)计算堆外探测器或某些特殊的重水慢化轻水冷却的实验堆时,因其活性区外部结构材料或慢化剂区域过大,密集的特征线会导致计算资源大量浪费。为解决这一问题,提出了一种新的基于MOC和离散纵标(S_(N))节块法的耦合输... 详细信息

当使用特征线方法(MOC)计算堆外探测器或某些特殊的重水慢化轻水冷却的实验堆时,因其活性区外部结构材料或慢化剂区域过大,密集的特征线会导致计算资源大量浪费。为解决这一问题,提出了一种新的基于MOC和离散纵标(S_(N))节块法的耦合输运方法,并在数值反应堆物理计算程序NECP-X中实现。该方法将计算区域划分为MOC域(包括活性区等复杂结构区域)和S_(N)域(包括慢化剂和反射层等简单结构区域),然后对2个区域的网格进行混合扫描,通过区域交界面的角注量率进行耦合;同时提出了一些可行的方法来减缓耦合边界角注量率带来的误差。最后通过二维C5G7基准题和全堆芯问题的测试来验证耦合方法的计算效果,数值结果表明该方法具有良好的计算效率和精度。

关键词：特征线方法(MOC) 离散纵标(S_(N))节块法混合扫描 NECP-X

产学研深度融合的核反应堆物理实践教学模式探索

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高等工程教育研究 2023年第S1期 118-121,134页

作者：李云召吴宏春曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安交通大学核电厂与火电厂系统国家级虚拟仿真实践教学中心

核反应堆物理是核工程与核技术专业的核心课程,知识理论抽象,既需要强烈依重实践教学环节,又必须解决高放射性和高温高压带来的风险问题。本文探索并总结了一套基于自研工业软件实现产学研深度融合的实践教学模式,包括课后随堂实验、对... 详细信息

核反应堆物理是核工程与核技术专业的核心课程,知识理论抽象,既需要强烈依重实践教学环节,又必须解决高放射性和高温高压带来的风险问题。本文探索并总结了一套基于自研工业软件实现产学研深度融合的实践教学模式,包括课后随堂实验、对口课程设计、工程现场实习、自选性创意研究和挖井式毕业设计等一系列环环相扣、层层递进的实践教学环节;从基础知识点逐渐过渡到系统的理论体系,从单一的能力培养逐渐扩展到全面的能力综合,从纯粹的课堂学习逐渐连接到行业的工程实践;有效结合了工程一线与本科教学,打通了理论联系实际的“最后一公里”;有效结合了前沿研究与基础知识,培养学生的研究思维和创新能力;也有效结合了自主科研与实践教学,让学生、教师、企业等都能从中受益,可持续发展性强,对高校工科专业具有较强的参考意义。

关键词：实践教学产学研深度融合核工程与核技术核反应堆物理 NECP-Bamboo

含强吸收体堆芯的各向异性SP_(3)两步法计算研究

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核动力工程 2023年第6期44卷 9-15页

作者：李云召秦浚玮夏凡吴宏春曹良志西安交通大学核科学与技术学院西安710049 上海核工程研究设计院股份有限公司上海200233

核反应堆堆芯中出现的强吸收体,尤其是可移动的控制棒,会显著增强堆芯内中子角注量率的角度各向异性效应,传统的各向同性SP3两步法不能进行有效刻画,需要构建各向异性SP3两步法。本文首先从2个方面研究各向异性效应;推导了各向异性SP3方... 详细信息

核反应堆堆芯中出现的强吸收体,尤其是可移动的控制棒,会显著增强堆芯内中子角注量率的角度各向异性效应,传统的各向同性SP3两步法不能进行有效刻画,需要构建各向异性SP3两步法。本文首先从2个方面研究各向异性效应;推导了各向异性SP3方程,建立了适用于各向异性SP3方程的均匀化模型。通过材料试验堆(MTR)对本文方法进行验证与分析。结果表明,本文研究的各向异性SP3方程及其均匀化方法较之传统计算方法偏差更小,对于有效增殖系数(k_(eff))和功率分布改善较为明显。因此,本文研究的各向异性SP3两步法能够有效处理含强吸收体堆芯问题。

关键词：强吸收体细网均匀化各向异性SP_(3) 材料试验堆

基于非结构网格的蒙特卡罗重要性抽样方法研究

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核动力工程 2023年第3期44卷 28-37页

作者：舒瀚林曹良志贺清明戴涛黄展鹏西安交通大学核科学与技术学院西安710049

为改善传统的依赖结构网格有限差分离散纵标(SN)程序确定粒子重要性分布的一致性共轭驱动重要抽样(CADIS)方法的建模和计算精度,以进一步提高其处理复杂几何深穿透问题的能力,本文开发了基于SN-间断有限元方法(DFEM)的并行三维非结构网... 详细信息

为改善传统的依赖结构网格有限差分离散纵标(SN)程序确定粒子重要性分布的一致性共轭驱动重要抽样(CADIS)方法的建模和计算精度,以进一步提高其处理复杂几何深穿透问题的能力,本文开发了基于SN-间断有限元方法(DFEM)的并行三维非结构网格中子-光子耦合输运计算程序NECP-SUN,并将其作为共轭求解器与蒙特卡罗程序NECP-MCX耦合,研究并实现了全自动的非结构网格CADIS方法。对HBR-2基准题和中国聚变工程试验堆(CFETR)环向场磁体线圈盒快中子注量率的计算结果表明:较传统CADIS方法,非结构网格CADIS方法对复杂几何的适应性更强,取得的结果相对统计偏差更低、更接近实测值;较直接蒙特卡罗计算,非结构网格CADIS方法的品质因子(FOM)提高了1~3个量级。因此,本文研究的非结构网格CADIS方法能够较好地处理复杂几何深穿透问题。

关键词：中子输运计算蒙特卡罗方法一致性共轭驱动重要抽样(CADIS)方法非结构网格