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中子活化计算程序ABURN的验证和应用研究

中子活化计算程序ABURN的验证和应用研究

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作者：赵晓泽华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

核反应堆在运行过程中会产生大量高能中子,堆内材料在中子辐照下会被活化而产生放射性,进而给工作人员带来辐射伤害。为了准确评估材料的中子活化情况,国内外开发了多款中子活化计算程序,其中包括华北电力大学自主研发的ABURN程序。根... 详细信息

核反应堆在运行过程中会产生大量高能中子,堆内材料在中子辐照下会被活化而产生放射性,进而给工作人员带来辐射伤害。为了准确评估材料的中子活化情况,国内外开发了多款中子活化计算程序,其中包括华北电力大学自主研发的ABURN程序。根据国家核能软件研发导则,ABURN程序需要经过充分的测试验证,以保证其计算准确性和工程可用性。本文针对ABURN程序的计算方法和计算功能开展了验证研究,并实现了在核装置停堆剂量率计算中的应用。本文首先研究中子活化计算的模型和方法,包括ABURN程序中采用的线性子链方法(tta)和切比雪夫有理逼近方法(CRAM)。随后选取了英国原子能委员会UKAEA发布的线性链基准题(11条衰变链和2条活化链),对ABURN程序的计算方法进行了测试验证。结果表明,ABURN程序对于线性链基准题的计算结果与解析解符合较好。此外,根据验证过程中发现的问题“传统14阶PFD形式的CRAM方法在计算短寿命核素长期衰变时对于时间步长的选取存在限制”,通过引入高阶IPF形式的CRAM方法,增强了对时间步长的包容性。随后,针对ABURN程序的重要计算功能(原子数量、质量、活度、衰变热、光子能谱、核素径迹和贡献)进行了全面的验证。选取了 2道IAEA基准算例和14道UKAEA基准算例,将ABURN程序的计算结果与欧洲活化程序FISPACT-2007进行对比。结果表明,ABURN程序对于上述物理量和主要核素的计算偏差基本在1%以内,计算结果精确可靠,此外,ABURN程序在核素径迹追踪和贡献统计方面的能力比FISPACT程序更为突出。在核装置中,材料受中子活化产生的放射性核素会持续发生衰变反应,衰变产生的高能光子对工作人员会带来辐射危险,因此需要对相关的停堆剂量率进行计算分析,以确保核装置维护过程中工作人员的人身安全。本文基于国际主流的严格两步法(R2S),开发了活化程序ABURN和蒙卡程序的耦合计算接口模块,完成了中子输运计算-中子活化计算-光子输运计算的自动耦合,实现了 ABURN程序在核装置停堆剂量率计算中的应用。本文选取了聚变实验装置ITER-T426和压水堆HBR-2号机组,采用所开发的耦合程序进行了建模和停堆剂量率的计算分析,并完成了计算结果的对比评价。本文对于ABURN程序的验证和应用研究工作,提升了 ABURN程序的可用性。本文的研究成果具有一定的理论研究价值和工程应用前景。

关键词：活化计算程序验证 tta方法 CRAM方法停堆剂量率

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活化和燃耗计算方法比较研究

活化和燃耗计算方法比较研究

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中国核学会2023年学术年会

作者：倪王慕鸿张竞宇于虓王娟娟华北电力大学核科学与工程学院

在核反应堆中,材料受中子辐照后会活化产生多种放射性核素,燃料燃耗产生的裂变产物也多为不稳定的放射性核素,其中某些核素由于存量较大、半衰期较长且能够放出高能粒子射线,从而会对核反应堆的运行检修人员造成辐射伤害,因此准确计算... 详细信息

在核反应堆中,材料受中子辐照后会活化产生多种放射性核素,燃料燃耗产生的裂变产物也多为不稳定的放射性核素,其中某些核素由于存量较大、半衰期较长且能够放出高能粒子射线,从而会对核反应堆的运行检修人员造成辐射伤害,因此准确计算核素存量是辐射防护工作的重要任务。目前有多种方法用于活化和燃耗计算,常见的有线性子链方法(tta)、泰勒展开方法、切比雪夫有理逼近方法(CRAM)。本文对于这3种典型方法进行了比较研究,基于典型算例分析了每种方法的计算精度和计算效率。研究结果表明:tta方法计算精度相较于数值方法较高,但是计算效率较低;泰勒展开方法计算效率最高,但是步长稳定性较差,并且可能发生核素存量突变的不合理现象;高阶的CRAM方法在取较大步长时,仍能保持较高的计算精度,综合性能最优。

关键词：活化计算燃耗计算 tta方法泰勒展开方法 CRAM方法

来源： cnki会议评论

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