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核技术 2022年第5期45卷 76-84页

作者：仲港其徐坤陆玉东毛世峰叶民友中国科学技术大学核科学技术学院合肥230026 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成dagmc(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分... 详细信息

聚变装置工程模型极其复杂,使得中子学分析的建模十分繁琐和耗时。开源蒙特卡罗程序OpenMC通过集成dagmc(Direct Accelerated Geometry Monte Carlo),可以直接基于CAD模型进行粒子输运模拟计算,该特性可显著提高复杂工程模型的建模与分析效率。以中国聚变工程试验堆(China Fusion Engineerging Test Reactor,CFETR)为对象,开展OpenMC在聚变中子学分析中的应用研究。基于CFETR一维柱壳模型验证OpenMC与MCNP计数结果的一致性。根据等离子体空间分布特点,基于源扩展接口自定义源类和源函数准确描述复杂聚变中子源。利用DAG-OpenMC的CAD几何功能成功建立了CFETR的三维模型,并计算获得了中子壁负载分布、氚增殖率和核热沉积等物理量。结果表明:DAG-OpenMC与MCNP的计算结果具有极好的一致性。在建立复杂的聚变堆工程模型时,基于CAD几何功能极大地提高了建模效率。DAG-OpenMC在聚变中子学应用中关键问题的验证表明了其处理复杂工程结构条件下聚变中子学问题的可行性。

关键词：聚变中子学 dagmc OpenMC 中国聚变工程试验堆

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基于非结构网格与函数展开计数的蒙卡输运与统计方法研究

基于非结构网格与函数展开计数的蒙卡输运与统计方法研究

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作者：王振宇华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着新型反应堆的不断发展,对于几何复杂度和统计分辨率的要求不断提高,现有的蒙卡方法在输运与统计方面面临一些挑战。首先,对于聚变堆等具有高阶曲面或者复杂结构的几何模型,构造实体几何（Constructive Solid Geometry,CSG）方法建... 详细信息

随着新型反应堆的不断发展,对于几何复杂度和统计分辨率的要求不断提高,现有的蒙卡方法在输运与统计方面面临一些挑战。首先,对于聚变堆等具有高阶曲面或者复杂结构的几何模型,构造实体几何（Constructive Solid Geometry,CSG）方法建模效率低且容易出错,而且往往需要对模型进行简化,难以构造复杂模型。其次,对于复杂模型,传统蒙卡程序采用的正交结构网格往往与几何及材料边界不重合,从而导致某些网格包含多种不同材料,材料的中子或光子反应截面差异较大时,计数结果会引入较大误差。最后,传统的正交网格计数和栅元计数,往往通过增加计数网格或栅元数量提高统计的分辨率,从而导致内存消耗和模拟时间的增加。针对以上问题,本文基于反应堆蒙卡程序RMC,对非结构网格与函数展开计数方法开展了研究。针对复杂几何的蒙卡建模问题,开发了直接加速几何蒙卡（Direct Accelerated Geometry Monte Carlo,dagmc）方法,实现直接使用CAD几何的蒙卡粒子输运计算。通过构造的方块组合体模型、犹他茶壶模型和屏蔽基准题对该方法进行了验证。结果表明:dagmc方法计算的keff和通量分布与CSG方法,及OpenMC程序的结果符合良好,验证了开发的dagmc功能的正确性。针对正交网格几何适应性差的问题,开发了非结构网格（Unstructured Mesh,UM）计数功能。非结构网格不受几何模型形状的约束,能够适应各种几何结构,开发的计数功能同时适用于CSG几何和CAD几何（dagmc）。通过压水堆组件模型和聚变包层冷却剂联箱歧管模型的计算,结果表明:开发的非结构网格计数功能有良好的精度、分辨率、和几何适应性,可以很好地弥补正交网格的劣势。针对网格计数或栅元计数细化导致的内存和时间消耗问题,开发了函数展开计数（Function Expansion Tally,FET）方法。并应用于构造的铀块和压水堆燃料棒模型算例。另外,对FET方法的多项式系数进行了收敛性分析,根据系数的统计不确定性提出了 FET方法的阶数选择策略。结果表明:FET方法计算的中子通量密度分布与网格计数的结果一致,并且可以有效地减少内存消耗及模拟时间。此外,根据选择策略确定的阶数,既能保持准确的通量分布,又能避免不合理的振荡。本文针对基于CAD几何的dagmc方法、非结构网格计数和函数展开计数方法进行了方法研究和程序开发,研究成果提高了蒙卡程序处理复杂几何及计数的能力,对先进核能系统的高精度模拟具有重要意义。

关键词：蒙特卡罗 dagmc CAD 非结构网格计数函数展开计数

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直接使用CAD几何的蒙特卡罗粒子输运方法研究

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原子能科学技术 2021年第S1期55卷 88-91页

作者：王振宇刘仕倡张小康申鹏飞王侃陈义学华北电力大学核科学与工程学院北京102206 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031 清华大学工程物理系北京100084

传统的蒙特卡罗程序通常使用构造实体几何(CSG)的方法进行几何建模。然而对于某些复杂的高阶曲面使用CSG进行精确建模非常困难且会耗费大量的时间。为解决这一问题,国际上提出了一种直接使用CAD几何建模的蒙特卡罗(dagmc)方法来进行粒... 详细信息

传统的蒙特卡罗程序通常使用构造实体几何(CSG)的方法进行几何建模。然而对于某些复杂的高阶曲面使用CSG进行精确建模非常困难且会耗费大量的时间。为解决这一问题,国际上提出了一种直接使用CAD几何建模的蒙特卡罗(dagmc)方法来进行粒子输运计算。本文基于反应堆蒙特卡罗程序RMC,开发了使用CAD几何的DAG-RMC程序,并将DAG-RMC应用于方块组合体、燃料棒和犹他州茶壶3种模型的计算分析。结果表明:DAG-RMC的计算结果与传统CSG建模方法及OpenMC程序的结果符合良好,验证了DAG-RMC在粒子输运及临界计算中的正确性。

关键词：粒子输运 dagmc CAD RMC程序

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