[发明专利]一种堆芯栅元中子通量的计算方法

说明书

本发明提供一种堆芯栅元中子通量的计算方法，包括如下步骤：步骤1.建立三维Quas i‑d i ffus i on方程及中子通量连续性条件；步骤2.定义Edd i ngton因子张量；步骤3.建立Quas i‑d i ffus i on方程数值求解方法。在实际应用中，考虑到Edd i ngton因子张量非对角线元素值比对角线元素值小几个数量级，忽略非对角元素项，采用横向积分的思想，得到三个相互耦合的一维Quas i‑d i ffus i on横向积分方程。本发明通过推导、计算、和验证艾丁顿因子求解三维Quas i‑d iffus i on方程，确定了一种实用的，高效精确的堆芯栅元中子通量计算方法，可以运用于求解各种复杂或简单的堆型，有效克服了传统扩散方程计算的精度问题及输运方程的效率问题，具有重要意义和工程实用价值。

技术领域

本发明属于反应堆物理中子学计算领域，尤其涉及一种堆芯栅元中子通量的计算方法。

背景技术

中子通量密度在时间、空间和能量上的分布决定了核反应堆的特性，而通过建立合理的数学模型来得到中子通量密度的分布，是反应堆中子学设计的首要任务。中子输运理论可以很好的解决这一问题，然而由于中子输运方程的复杂性，无论是通过确定论方法还是非确定论方法求解这一方程都显得非常复杂和耗时。因此，在需要快速或反复获得中子通量密度的情况下，如核电厂的堆芯燃料管理计算、中子动力学的计算，通常采用对中子输运方程经过扩散近似的中子扩散方程。而随着核能在空间、海洋、环境等方面的需求，越来越多先进新型的反应堆被提出，如液态金属快堆、可再生沸水堆、熔盐堆等，这些新型堆与传统压水堆有着明显的区别：1)更加先进的燃料类型、更高富集度、更加不均匀的堆芯布置，这都导致堆芯具有复杂的中子能谱、强的中子通量各向异性；2)燃料组件几何、堆芯布置复杂(如热管空间堆既有六角形燃料组件又有圆柱形热管)、堆芯结构几何复杂(空间堆中控制鼓结构等)；3)小型化、紧凑性设计使得堆芯泄漏较大、中子通量空间分布变化剧烈，中子各项异性程度更强。堆芯中复杂的中子能谱和强的中子各项异性等特性使得扩散计算的精度比较低，扩散近似假设不再适用。

现有技术一的技术方案

目前堆芯中子计算方法分为：1)直接“一步法”非均匀计算；2)嵌入式组件均匀化计算；3)栅元均匀化全堆芯Pin-by-pin输运计算；4)组件均匀化堆芯扩散计算。

堆芯计算“一步法”又包括蒙特卡洛计算和确定论计算，蒙特卡洛方法通常进行全堆芯精细描述，没有或几乎很少引入近似，如围板反射层，定位格架等，基于多群常数库实现一步法精细计算。

嵌入式组件均匀式计算采用多群截面库，进行堆芯输运计算，在计算的过程中通过组件截面再均匀化过程，进行后续少群中子输运计算。

组件均匀化堆芯扩散计算针对非均匀堆芯采用“两步法”计算方式，1)在组件层面上基于种子输运计算，利用等效均匀化理论得到组件均匀化少群参数(一般为2群)；2)基于得到的少群组件截面在堆芯层面上进行扩散计算，最终得到堆芯组件功率分布，随后采用精细功率重构方法计算组件内栅元功率分布。

不同与组件均匀化堆芯扩散计算，栅元均匀化全堆芯Pin-by-pin输运计算采用栅元层面上的均匀化计算，获取栅元少群(6-8群)截面，考虑到栅元均匀化后的堆芯仍然具有较强的非均匀性，后续堆芯计算几乎全部采用简化球谐函数SP3输运方法。

现有技术一的缺点

非均匀一步法计算和嵌入式组件计算虽然有较高的计算精度，但计算效率较低，在目前的计算机硬件发展水平下，尚不能应用于工程实践中。目前，普遍采用的组件均匀化堆芯扩散计算方法虽然有较高的计算效率，但忽略了组件中的一些细节，对于复杂能谱反应堆，其精细功率重构对栅元层面功率和反应性变化的预测具有局限性，特别是对载含Pu的MOX燃料、含Gd的燃料、深燃耗燃料等强非均匀性堆芯，其具有强烈的组件间的中子能谱干涉效应。