三维蒙特卡罗—离散纵标能量耦合中子输运计算方法研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:stanley_lippman
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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。
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