[发明专利]基于有效共振截面的控制棒尖齿效应处理方法及系统

说明书

本发明公开了基于有效共振截面的控制棒尖齿效应处理方法及系统，该方法包括：面向二维/一维方法进行建模；确定棒位，对于无控制棒插入或者控制棒完全插入的层，进行二维非均匀堆芯共振计算，得到宏观截面；对于存在控制棒部分插入情况的层Zsubgt;i/subgt;，采用基于高精度有效共振截面方法进行计算求解，得到宏观截面；根据宏观截面，对Zsubgt;i/subgt;层开展二维堆芯特征线方法输运计算；基于二维输运计算，按照二维/一维框架完成全堆芯数值求解后，对于每一层，分别根据其轴向平均通量开展该层微观燃耗计算，获得该层各燃耗区的轴向平均核子密度；以所得的各层轴向平均核子密度为基础，更新开始的模型，开展下一燃耗步处理，直至完成所有待解燃耗点。

技术领域

本发明涉及核反应堆物理数值计算领域，具体涉及基于有效共振截面的控制棒尖齿效应处理方法及系统。

背景技术

数十年来，“两步法”一直是反应堆堆芯物理分析的经典方法。其基本策略为，第一步针对典型组件开展各种特征工况下的能谱计算，并根据等效均匀化理论产生组件的少群均匀化截面表或拟合关系式；第二步，基于少群均匀化截面，开展堆芯层面的粗网节块中子扩散计算，最终获得反应堆堆芯的反应性、功率分布等所关心的中子学特性参数。然而，“两步法”体系存在诸多近似，面对日益提高的反应堆经济性、安全性以及功能性要求，其固有缺陷逐渐显现。因此近年来，借助计算机大规模运算能力的快速发展，基于全堆芯中子输运计算的高保真一步化方法体系成为国内外研究热点。

在全堆芯中子输运计算体系中，二维/一维方法被认为是兼顾精度、效率和分辨率的最有效方法之一。二维/一维方法将三维非均匀堆芯沿轴向划分为若干层，每一层均采用二维特征线方法开展精细几何材料布置下的多群中子输运计算，层与层之间采用一维输运或扩散计算进行耦合；此外，还可以通过粗网有限差分技术加速全局计算同步收敛。

但是，二维/一维方法也存在一些问题。与传统节块法类似，由于假设每一层在轴向上是均匀的，二维/一维方法也会遭遇控制棒的“尖齿效应”。尖齿效应是指当控制棒的末端沿轴向部分插入某一均匀层时，由于控制棒对中子的强吸收效应，增大了轴向等效均匀化误差，最终导致控制棒微分价值曲线呈现非物理性“尖齿”的现象。

为解决这一问题，目前国际上先后提出了子平面方法、子平面碰撞概率方法、子特征线方法等。其中，子平面方法仍然假设同一层中的各子平面具有相同的截面，且未考虑控制棒插入对径向的影响。子平面碰撞概率方法就以上两点进行了改进，但在各向异性散射和复杂几何问题的处理上存在缺陷，且特征线计算依然基于轴向均匀化截面。同时，这些方法仅面向输运求解器本身，并未在二维/一维的系统框架内给出具体可行的实施方案；而这种方案也会对控制棒尖齿效应处理的效果和代价产生至关重要的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的控制棒尖齿效应处理方法中子平面方法仍然假设同一层中的各子平面具有相同的截面，且未考虑控制棒插入对径向的影响；子平面碰撞概率方法在各向异性散射和复杂几何问题的处理上存在缺陷，且特征线计算依然基于轴向均匀化截面的问题。本发明目的在于提供基于有效共振截面的控制棒尖齿效应处理方法及系统，本发明提供一种充分考虑二维/一维系统框架内共振、输运、燃耗等全面中子学因素的控制棒尖齿效应处理方法，该方法采用子层在线共振计算产生高精度的有效共振截面，并基于此截面开展各层的特征线方法非均匀输运计算，最后通过微观燃耗计算处理产生各核素核子密度供后续燃耗点计算使用。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于高精度有效共振截面的控制棒尖齿效应处理方法，该方法包括：

S1：获取目标堆芯的几何、材料相关参数，根据获取的目标堆芯的几何、材料相关参数定义，面向二维/一维方法进行建模，得到问题模型；其中问题模型包括若干径向具有精细几何材料分布的轴向均匀层；