均匀化模型对CFETR氦冷包层中子学影响研究

在CFETR氦冷固态包层及球床结构的最新概念设计方案中,基于均匀化模型、仅球床均匀化模型与高保真模型分别进行了中子学计算分析.研究了结构均匀化及球床空间自屏效应对包层中子学影响以及小球尺寸对氚增殖比的影响.结果表明,(1)结构均匀化模型对氦冷包层中子学影响较小;(2)随着小球直径的减少,球床空间自屏效应堆氚增殖比的影响...     

基于VHTRC的棱柱式高温气冷堆核设计程序验证北大核心CSCD

高温气冷堆是国际公认的固有安全性高的反应堆堆型。针对高温气冷堆包覆颗粒燃料引入的燃料组件的双重非均匀性以及棱柱式堆芯布置的非均匀性和强空间耦合效应,提出基于蒙特卡罗均匀化-确定论输运方法的RMC-SaraGR程序系统作为棱柱式高温气冷堆的核设计程序。基于日本棱柱式高温气冷堆临界实验装置VHTRC基准题,针对此套核设计程序系统开展了均匀化模型研究和初步验证。研究结果表明,基于蒙特卡罗均匀化方法,采用全堆模型、合适的能群结构和分区方式产生组件群常数,并经过超级等效均匀化方法进行等效均匀化修正,可以保证堆芯多群均匀计算具有较高的计算精度。     

能精确处理空间自屏效应的共振伪核素子群方法北大核心CSCD

鉴于传统的Bondarenko迭代方法(BIM)处理共振干涉效应时会引入较大的误差,国际上发展了共振干涉因子方法(RIFM)和非均匀共振伪核素方法(HPRIM),但二者都只能通过考虑共振干涉效应给出较精确的燃料棒平均有效自屏截面,而不能精确考虑空间自屏效应而无法给出精确的空间相关的有效自屏截面。针对该问题,提出了共振伪核素子群方法(PRNSM)。该方法通过在线制作共振伪核素的共振截面表考虑共振干涉效应;通过拟合方法得到共振伪核素及其组成共振核素的子群参数;通过求解共振伪核素的子群固定源问题得到子群通量并用于归并组成共振核素的子群截面得到空间相关的有效自屏截面。大量的数值结果表明,对于不同富集度UO2燃料问题,PRNSM可精确给出棒平均有效自屏截面和空间相关的有效自屏截面。     

高温气冷堆堆芯球床流动与温度分布均匀性研究

由于燃料球的随机分布和球床的壁面效应,球床式高温气冷堆堆芯孔隙率分布会有一定的不均匀性。深入认识壁面漏流、随机孔隙率对球床温度分布均匀性的影响对进一步提高高温气冷堆冷却剂出口温度及其安全性具有重要意义。本文采用多孔介质模型实现了对堆芯球床壁面漏流、随机孔隙率效应的数值模拟。结果表明,由于壁面漏流效应,壁面附近局部区域冷却剂最大速度会比中心高50%,对球床温度影响则不大。中心区域局部极小、极大孔隙率只对很小区域内流速和温度有影响,但温度变化幅值很小。球床中心随机孔隙率使冷却剂速度波动小于13%,对球床温度影响很小。     

组件计算程序PANDA研发及初步验证

PANDA是上海核工程研究设计院研发的压水堆组件计算程序。该程序采用基于特征线方法（MOC）的一步化计算流程,即在不引入能群压缩和栅元均匀化的情况下直接进行组件层面的两维非均匀输运计算。多群数据库采用基于ENDF/B-VI制作的70群结构中子数据库,基于ENDF/B-VII的新版数据库也正在开发中。共振自屏计算采用了空间相关丹可夫方法（SDDM）,既具备燃料芯块分区计算的能力,又保留了传统Stammler方法的计算效率。多群非均匀输运计算采用二维模块化MOC方法,并辅以双重粗网有限差分(CMFD)加速技术,具有良好的计算精度和效率。对传统线性子链解析（TTA）方法以及多种矩阵指数方法进行了研究,选取了适合PANDA程序燃耗链的燃耗方程求解技术。基于以上基本模型开发了PANDA程序,并从程序模块、总体集成和核设计程序系统确认等三个层面,初步验证了PANDA程序的计算性能,表明了PANDA程序的工程设计计算能力。     

蒙特卡罗计算中颗粒型燃料的随机分布模型比较

高温气冷堆是新一代反应堆系统的热门候选堆型，已经受到国际上越来越多的关注。为设计和分析这种堆型，因其特有的包覆颗粒燃料引入了双重非均匀性，需要应用随机分布模型。对粗网格模型、细网格随机(FLS)模型、随机顺序添加(RSA)模型、子网格随机(Sub-FLS)模型和Metropolis模型等进行了研究，通过计算分析比较给出了各种模型的优缺点。结果表明:子网格随机模型和连续的RSA模型非常接近参考值，但是连续RSA模型的建模时间随着燃料体积份额的增加连续快速上升。 Key words: coated particle fuels; stochastic transport model; Monte Carlo; random distribution     

双相各向异性随机介质伪谱法地震波场特征分析

各向异性、双相孔隙以及非均匀性是描述油气储层时应综合考虑的. 结合随机介质理论和双相介质模型建立了双相各向异性随机介质模型,采用伪谱法模拟了双相各向异性随机介质地震波场,结果表明：双相各向异性随机介质地震波场存在散射波、旅行时扰动等复杂的波场特征,这些特征强烈依赖于随机介质模型参数. 在大非均匀空间尺度下,非均匀幅度主要影响波的旅行时扰动;在小非均匀空间尺度下,非均匀幅度主要影响波的散射. 该研究使人们有可能在统计意义下反演油气储层的非均匀特征,有益于加深对地震波在油气储层中传播规律的认识. 关键词： 双相各向异性 随机介质 伪谱法 地震波     

煤粉炉内弥散介质辐射传热的综合模拟

本文基于辐射传热计算的DT法和颗粒运动计算的随机轨道法,并结合单颗粒的辐射特性模型,构造了能够详细考虑颗粒燃尽、湍流弥散诸因素对炉内空间局部辐射特性及总体辐射传热影响的弥散介质辐射传热计算模型,并将其耦合到炉内过程的总体数值模型中。采用该程序,比较计算了几种颗粒辐射特性模型对某300MW锅炉炉内温度场的预报结果,结果表明：通常采用的均匀颗粒辐射特性模型会导致温度场的极大误差;由于炉内颗粒浓度的不均匀分布,炉内的温度分布呈现高度非均匀状态,在炉膛轴线上有大面积的高温烟气区存在;考虑残炭存在时,温度分布的不均匀性更显著．     

功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究

从产生大气湍流随机相位屏的功率谱反演法原理出发,分析了均匀采样造成的随机相位屏大量低频信息泄漏的不足,提出利用非均匀采样方法对功率谱进行滤波产生随机相位屏.建立了非均匀采样模型,并分析比较了两种采样方法覆盖的采样频率范围和单边采样频率区域的湍流功率,理论证明了非均匀采样功率谱反演产生大气湍流随机相位屏的可行性和有效性.针对大气湍流的Kolmogorov谱,分别仿真计算了两种采样模型下功率谱反演生成的大气湍流随机相位屏.仿真结果表明,在不增加采样点和计算量条件下,非均匀采样方法生成的大气湍流随机相位屏具有丰富的低频和高频信息,有效改善了传统功率谱反演大气湍流随机相位屏时低频信息严重不足的缺陷.     

稀疏膨胀过程中几何位形对于电子非局域热传导的影响

发展了考虑一维柱对称、球对称位型下流体演化的Fokker-Planck程序, 在流体力学极限下对程序进行了校验. 利用程序模拟研究了球对称位型、平板位型下等离子体在自由稀疏演化过程中电子热流的非局域热输运行为, 分析了几何位型对电子非局域热传导的影响. 非局域卷积理论的计算研究发现, 稀疏过程中空间的几何效应会减小外向电子热输运的非局域性.     

Verification of statistical method CORN for modeling of microfuel in the case of high grain concentration

Two methods of modeling a double-heterogeneity fuel are studied: the deterministic positioning and the statistical method CORN of the MCU software package. The effect of distribution of microfuel in a pebble bed on the calculation results is studied. The results of verification of the statistical method CORN for the cases of the microfuel concentration up to 170 cm^–3 in a pebble bed are presented. The admissibility of homogenization of the microfuel coating with the graphite matrix is studied. The dependence of the reactivity on the relative location of fuel and graphite spheres in a pebble bed is found.     

基于VENUS-Ⅱ基准模型的SuperMC程序验证

为了验证SuperMC软件系统对装载MOX燃料压水堆的临界计算能力，采用国际经合组织核能署(OECD/NEA)2001年发布的三维VENUS-Ⅱ国际基准模型对SuperMC3.1版本进行了测试验证。本次测试包括栅元和堆芯两个部分，分别计算了栅元无限增殖因数、重核反应率、堆芯有效增殖因数、堆芯轴向裂变反应率等关键物理参数。将SuperMC计算结果与基准模型实验测量值以及MCNP计算值作了对比。结果显示:在测试范围内，SuperMC计算值与参考值吻合得较好，表明SuperMC可应用于含MOX燃料堆芯的临界计算。     

中国实验快堆燃料组件精细功率分布计算

在热工中,需要中子学计算给出燃料组件内各元件棒功率的相对分布。利用蒙特卡罗程序对中国实验快堆（CEFR）燃料组件内元件棒功率分布进行了理论计算分析,并保证计算结果相对统计误差小于0.8%。使用另一个基于六角形节块扩散理论的钠冷快堆中子学设计软件NAS计算得到的结果对蒙特卡罗程序计算结果进行了对比计算。结果表明,蒙特卡罗程序与NAS计算得到的元件棒相对功率分布结果的最大相对偏差小于3%。使用蒙特卡罗程序对CEFR燃料组件内精细功率分布的计算是可靠的,可用于设计计算当中。     

西安脉冲堆堆芯燃料管理正交优化计算

根据西安脉冲堆工程的实际需要,研制了脉冲堆堆芯燃料管理计算软件包HEX ICFM,并建立了正交优化模型,研制了换料优化计算软件包HEX ORTH.软件包中栅元计算采用了WIMS D 4程序,堆芯扩散计算程序采用了二维六角形节块程序SIXTUS 2.应用HEX ICFM对西安脉冲堆首循环堆芯参数进行了计算,并用HEX ORTH对第3循环末堆芯燃料装载和30根备用新燃料元件进行了堆芯优化分析,得到了目标函数为max(K_eff^BOC)的最佳堆芯倒换料方案.     

LIBS对煤中热值检测的新型校正模型

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤中热值的检测。针对传统的通道面积归一化方法未能考虑煤质检测的物理/化学机制、从而限制了所建模型在精确性、准确性、可重复性的情况,提出了一种新型的基于光谱偏差产生原理的校正模型。模型选取了19组煤样品,随机选择其中15组为校正集,用于建立热值的定量分析模型,剩余四种为预测集,用于对所建模型进行检验与评价。模型从光谱偏差因素的产生因素出发,通过原子光谱发射理论结合斯塔克展宽公式,推导出LIBS条件下自吸收效应的影响机制及其所引起的偏差的修正方法。通过元素间相互干扰结合基体效应的微观机理对基体效应进行光谱的偏差分析,并根据K系数法的思路对LIBS中元素间相互干扰进行修正,通过建立光谱的电子密度,等离子体温度,元素浓度的数值模型对基体效应引起的光谱偏差进行深度修正。因而经过自吸收效应—元素间相互干扰—基体效应深度修正后,模型对于所研究样品范围内其拟合优度R2=0.967,RMSEP=0.49 MJ·kg-1,RMSE=0.45 MJ·kg-1,MRE=2.42%,ARE=1.64%的同时RSD=5.79%,RSDP=8.10%。相对于传统的通道面积归一化-多元线性回归方法的0.405,8.28 MJ·kg-1,4.14 MJ·kg-1,22.85%,52.48%,18.28%,32.85%,表明测量的精确度与准确度都得到明显的提高,证明该模型具有很好的应用价值。     

微颗粒样品X射线定量分析Monte Carlo模拟计算软件

基于作者前文[1,2]的物理模型和计算方法,编制了适用于多元微颗粒样品x射线定量分析的Monte Carlo程序软件,给出了对颗粒中电子散射,x射线激发、吸收和荧光效应等复杂物理过程进行严格计算的一系列公式,程序中建立了数据文件,具有较强的自动处理数据功能,本程序还适用于平厚块样品及薄膜样品的定量分析计算。     

X-ray microanalysis of uranium dioxide particles by using low electron beam energy

The elemental analysis results of the various size uranium dioxide fragments, performed with a scanning electron microscope (SEM) equipped by X-ray energy dispersive analyzer (INCA x-act, “Oxford Instruments”, Great Britain), are presented. The elemental composition calculation was carried out applying the pre-installed program based on the XPP matrix correction algorithm. It is shown that for the bulky UO₂ samples, measured with the varied accelerating voltage in range of 6–20 kV, the uranium concentrations slightly differ (relative uncertainties doesn’t exceed ±2%). The composition of uranium dioxide particles sized up to 0.5 μm can be defined using beam energy of 6 keV with typical for bulky sample accuracy.     

Study of the sensitivity of size-averaged scattering matrix elements of nonspherical particles to changes in shape, porosity and refractive index

Studies of the physical parameters that influence the single scattering properties of a size distribution of small particles in random orientation are fundamental in understanding the origin of the observed dependence of the scattering matrix elements on the scattering angle. We present results of extensive calculations of the single scattering matrices of small nonspherical particles performed by a computational model based on the Discrete-Dipole Approximation. We have particularly studied the sensitivity of the size-averaged scattering properties at visible wavelengths of nonspherical, randomly oriented absorbing particles considering changes in shape, porosity and refractive index. These studies have importance regarding the inversion of physical properties of small particles as measured in the laboratory and the dust properties in various astrophysical and atmospherical environments. We have found that size distributions of randomly oriented irregular particles of different shape, including large aspect ratio particles, show similar scattering matrix elements as a function of the scattering angle, in contrast with the pattern found for regularly shaped particles of varying axis ratios, for which the scattering matrix elements as a function of the scattering angle show much larger differences among them. Regarding porosity, we have found a very different pattern in the scattering matrix elements for an ensemble of compact and porous particles. In particular, the linear polarization for incident unpolarized light produced by compact and absorbing particles of large size parameter tend to mimic the pattern found for large absorbing spheres. For porous particles, however, the linear polarization for incident unpolarized light tends to decrease as the size of the particle grows, with the maximum being displaced towards smaller and smaller scattering angles.     

不同燃耗计算模型对商用压水堆乏燃料组件核素成分的影响分析

燃耗计算精度对提高乏燃料贮存效率有着重要影响,在应用燃耗信用制时,燃耗计算得到的核素成分偏差决定了乏燃料贮存的临界安全裕量。不同燃耗计算模型所得到的核素成分偏差各不相同,为提高燃耗计算精度,提出了一种装载不同燃料富集度的多组件燃耗计算模型,并使用不同燃耗计算模型分别对TMI-1反应堆NJ07OG组件中的6个样本进行了计算、对比和分析。结果表明,相比其他模型,考虑不同燃料富集度的多组件模型得到的²³⁵U、²³⁸U和²³⁹Pu等核素平均相对偏差更接近于零且6个样本的相对偏差分布更为平均。