【摘 要】
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中子动力学参数是建立反应性实验测量值(以“$”为单位)与理论计算的绝对反应性值(1-1/keff)的桥梁。面向纯棒控长寿期核动力堆、加速器驱动次临界系统(ADS)等具有较深次临界度工况的反应堆,采用实验方法获得绝对反应性并用于设计校核是研发、运行中必不可少的。对于次临界特别是深次临界,基于瞬发中子衰减常数α的次临界反应性测量方法是一类经典方法,理论分析表明,采用该类方法获得精确的绝对反应性,准确而
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“外源驱动次临界系统中子学动态参数高阶谐波影响机理与反应性准确测量”(11875162);
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中子动力学参数是建立反应性实验测量值(以“$”为单位)与理论计算的绝对反应性值(1-1/keff)的桥梁。面向纯棒控长寿期核动力堆、加速器驱动次临界系统(ADS)等具有较深次临界度工况的反应堆,采用实验方法获得绝对反应性并用于设计校核是研发、运行中必不可少的。对于次临界特别是深次临界,基于瞬发中子衰减常数α的次临界反应性测量方法是一类经典方法,理论分析表明,采用该类方法获得精确的绝对反应性,准确而合理的中子动力学参数计算需要瞬发α模式的中子注量率。针对基于α的次临界绝对反应性测量需求,本文首先分别对α本征值问题的主流方法如间接求解法(包括k-α回归迭代法、γ做参数的尝试插值法等)、直接法与改进的直接法、期望估计法(包括碰撞期望估计法、径迹期望估计法以及逃逸期望估计法等)、幂迭代法的优劣进行分析,择优选取既易于实现又便于计算的k-α回归迭代法作为本文实现基于蒙特卡罗算法的α本征值求解方法。其次以开源蒙特卡罗输运程序Open MC为基础,基于k-α迭代方法,以中子径迹长度上的平均时间吸收权重修正作为k-α迭代参数因子,在输运过程中对瞬发、缓发中子分别考虑,开发了兼具缓发、瞬发α本征值问题计算功能的Open MC-PA程序。最后以Godiva及其衍生基准题和MUSE-4次临界实验装置为计算对象,对程序计算瞬发α本征值问题能力进行验证。结果表明,对于Godiva超临界衍生基准题,本文二次开发的Open MC-PA程序计算的α本征值与参考值的相对误差小于500×10-5;对于Godiva及其次临界衍生基准题,Open MC-PA可计算的α范围与计算速度均优于MCNP4C;对于几何、材料较复杂的MUSE-4次临界实验装置,Open MC-PA依旧具有较高的计算精度,且由计算得到的α获得的keff与实验值相对误差小于20×10-5。本文基于开源蒙特卡罗程序Open MC进行二次开发的Open MC-PA程序可用于瞬发α本征值及中子动力学相关问题计算,可为基于α的次临界绝对反应性测量提供有力的支撑。
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