[发明专利]超热中子散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法

说明书

本发明公开了一种超热中子散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法，在裂变型核反应堆内，采用基于重核在超热区能量范围的最大弹性散射截面方法来模拟中子弹性散射过程，当能量为0.4eV至210eV的超热区中子与核反应堆内的重核发生共振弹性散射，首先以一定概率抽样出重核的速度和辐角余弦，再以一定概率接受该速度及辐角余弦或以一定概率舍弃该速度及辐角余弦，从而获得最终的重核速度和辐角余弦。本发明对传统中子与重核的共振弹性散射过程中重核的速度和辐角余弦的抽样进行了优化改进，同时也考虑到了被中子散射的重核在超热区能量范围的弹性散射截面的剧烈变化情况，使模型能够对中子与重核的弹性散射过程进行更为准确的计算。

技术领域

本发明涉及核反应堆中子散射领域，具体涉及超热区中子与重核发生弹性散射碰撞时，对散射过程中重核速度、辐角余弦的计算方法。

背景技术

在超热区的中子散射过程中，蒙特卡罗程序使用自由气体模型考虑重核热运动对中子散射的影响。现有的自由气体模型假设重核无束缚且其速度分布符合麦克斯韦分布，并且假定绝对零度下核素的微观弹性散射截面是常数。但对于具有明显共振弹性散射特性的如²³⁸U等重核，常数弹性散射截面假设显然不成立。为克服常数弹性散射自由气体模型的缺陷，需要提出更为精确的弹性散射过程的计算模拟方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，为了克服常数弹性散射自由气体模型中假设绝对零度下核素的微观弹性散射截面是常数这一缺陷，提供了一种在弹性散射模拟过程中使用重核在超热区能量范围的最大弹性散射截面方法，使其计算结果更加符合真实情况，解决了现有的常数弹性散射自由气体模型忽略在超热区散射截面剧烈变化的问题。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种核反应堆内超热区中子弹性散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法，所述方法在裂变型核反应堆内，采用基于重核在超热区能量范围的最大弹性散射截面方法来模拟中子弹性散射过程，包括以下步骤：

当能量为0.4eV至210eV的超热区中子与核反应堆内的重核发生弹性散射，首先以一定概率抽样出重核的速度和辐角余弦；

其次，根据上一步获得的重核的速度和辐角余弦，计算出弹性散射过程中出射中子的能量分布。

进一步地，当速度为v的超热区中子与核反应堆内的重核发生弹性散射，重核速度的概率分布函数P(V,μ|v)dVdμ如下：

D′＝σ_max(v)/σ_eff,s(v)

其中，V为重核的速度；v为入射中子的速度；μ为重核的辐角余弦；P₁、P₂分别为抽样概率值，f₁(V)、f₂(V)分别为对应概率下与重核速度相关的函数；σ_s为绝对零度下的弹性散射截面；σ_max(v)为范围内弹性散射截面的最大值，α＝M_t/2k_BT，k_B为波尔茨曼常数，M_t为重核质量；σ_eff,s(v)为有效弹性散射截面。

进一步地，所述重核速度的概率分布函数中：

P₂＝1-P₁

进一步地，以一定概率抽样重核的速度和辐角余弦具体过程如下：