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三维蒙特卡罗—离散纵标能量耦合中子输运计算方法研究

2020-12-02阅读(692)

三维蒙特卡罗—离散纵标能量耦合中子输运计算方法研究

论文摘要

中子输运模拟方法主要包括蒙特卡罗（蒙卡）方法和确定论方法。蒙卡方法通常使用连续能量点截面数据,计算精度高,但计算成本大。确定论方法对玻尔兹曼方程进行分群处理,计算效率高,但由于引入了近似,计算精度低。随着核能技术的发展,对精确高效的输运模拟方法的需求越来越强。本文结合蒙卡与确定论方法的特点,发展了三维蒙特卡罗-离散纵标能量耦合方法,对中子输运模拟过程进行分解,在多群处理精度较高的快区与热区,使用确定论方法进行计算;在多群共振处理过程繁琐、精度低下的共振区,使用蒙卡方法进行精确模拟。考虑到对三维几何问题的处理能力和计算效率,确定论方法采用离散纵标方法。本文对方法中的能区划分、上散射源处理、共振区蒙卡源抽样等关键问题进行了深入研究。本文主要工作与创新之处包括:（1）发展了基于能量过渡区的蒙特卡罗-离散纵标能量耦合方法。对于热区向共振区的上散射源,采用外迭代方法处理时需对共振区进行迭代计算,计算效率低下。本文提出了基于能量过渡区的上散射源处理,并发展了基于过渡区的能量耦合方法,定义中子发生上散射反应进入共振区的能量区间为能量过渡区,并使用蒙卡方法对该区域进行计算,避免对上散射源进行外迭代,实现了高效的源传递和能量耦合计算。（2）提出了基于源粒子分配的蒙卡网格源抽样方法。能量耦合方法的共振区蒙卡计算中,需定义全空间网格源,为避免源概率差异较大时可能存在的抽样源粒子空间覆盖率低的问题,需模拟大量粒子,计算效率低。本文提出了基于源粒子分配的网格源抽样方法,根据各个网格源的概率对源粒子进行直接分配和权重调整,能够使用较少的粒子数得到可靠的源粒子分布,实现高效精准计算。为了验证本文发展的能量耦合方法,在对关键参数进行分析的基础上,采用ITER下窗口生物屏蔽插件分析例题和IAEA-ADS基准例题等例题对方法进行了测试验证。计算结果与参考结果吻合较好,且相对于传统的离散纵标方法计算精度更高,相对于传统的蒙卡方法计算效率更高。对于综合例题上的固定源和临界计算,耦合计算精度可达离散纵标方法的3.94和2.08倍,计算效率可达蒙卡计算的26.59和7.94倍。测试验证结果证明了本方法的正确性和高效性,可为先进的反应堆物理设计与分析提供技术支持。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •     1.1.1 核能发展背景
  •     1.1.2 中子输运模拟
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 蒙卡输运计算加速方法研究
  •     1.2.2 确定论输运计算共振区处理方法研究
  •     1.2.3 蒙卡-确定论耦合方法研究
  •   1.3 研究目标与意义
  •     1.3.1 研究目标
  •     1.3.2 研究意义
  •   1.4 论文结构安排
  • 第2章 中子输运理论及计算方法
  •   2.1 中子输运理论概述
  •   2.2 蒙卡方法
  •     2.2.1 基本原理
  •     2.2.2 物理参数估计方法
  •   2.3 离散纵标方法
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 能量耦合方法总体设计
  •   3.1 能量耦合方法基本思想
  •   3.2 散射源传递
  •   3.3 固定源计算
  •     3.3.1 固定源计算基本流程
  •     3.3.2 结果统计
  •   3.4 临界计算
  •     3.4.1 临界计算基本流程
  •     3.4.2 裂变源计算与收敛判断
  •     3.4.3 结果统计
  •   3.5 蒙特卡罗-离散纵标能量耦合方法实现
  •   3.6 本章小结
  • 第4章 能量耦合方法关键问题研究
  •   4.1 能区划分
  •     4.1.1 不含裂变材料的屏蔽计算
  •     4.1.2 含有裂变材料的临界计算
  •   4.2 基于能量过渡区的上散射源处理
  •     4.2.1 上散射效应与能量过渡区设置
  •     4.2.2 基于能量过渡区的固定源能量耦合计算
  •     4.2.3 基于能量过渡区的临界能量耦合计算
  •   4.3 共振区蒙卡源抽样方法优化
  •     4.3.1 蒙卡源抽样中的样本空间覆盖率低问题
  •     4.3.2 基于源粒子分配的网格源抽样方法
  •   4.4 本章小结
  • 第5章 能量耦合方法测试验证
  •   5.1 关键参数分析
  •     5.1.1 网格划分方式影响分析
  •     5.1.2 共振区模拟粒子数量影响分析
  •     5.1.3 共振区随机数设置影响分析
  •   5.2 固定源计算测试验证
  •     5.2.1 快谱计算验证
  •     5.2.2 热谱计算验证
  •     5.2.3 ITER下窗口重混凝土屏蔽插件分析
  •   5.3 临界计算测试验证
  •     5.3.1 快谱计算验证
  •     5.3.2 热谱计算验证
  •     5.3.3 IAEA-ADS基准例题计算分析
  •   5.4 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  •   6.1 论文内容总结
  •   6.2 论文特色与创新
  •   6.3 展望
  • 参考文献
  • 附录A user.inp文件格式
  • 附录B 能群结构
  • 致谢
  • 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 庄思璇

    导师: 吴宜灿

    关键词: 中子输运,能量耦合,蒙特卡罗,离散纵标

    来源: 中国科学技术大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,核科学技术

    单位: 中国科学技术大学

    基金: 中国科学院信息化专项项目(XXH13506-104),中国科协青年人才托举工程(2017QNRC001),中国科学院合肥物质科学研究院项目(KP-2017-19)

    分类号: TL329.2

    总页数: 132

    文件大小: 8475K

    下载量: 165

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