[发明专利]基于蒙卡临界计算单步法的堆芯三维功率快速构建方法

说明书

一种基于蒙卡临界计算单步法的堆芯三维功率快速构建方法，通过逐代增加粒子数，不再计算非活跃代，无需考虑裂变源收敛诊断问题，并实时调整各个计算代的权重的方式显著提升蒙卡临界计算的效率，保证所有的计算代均对计算结果有贡献。基于本发明提出的无非活跃代的蒙卡临界单步法，可以快速构建出全堆三维的功率分布，实现最高的计算效率。

技术领域

本发明涉及一种反应堆物理领域的技术，具体涉及一种通过调整蒙卡临界计算的粒子数规模来避免非活跃代，从而提高蒙卡临界计算的效率，实现堆芯三维功率的快速构建。

背景技术

堆芯三维功率分布是新型反应堆研发设计中最关键的物理量，可以通过蒙卡临界计算得到，所以，临界计算是反应堆物理设计最基本的需求。传统蒙卡临界算法将计算过程分为非活跃代与活跃代，即：先通过非活跃代的计算得到稳定收敛的裂变源分布，再通过活跃代的计算来统计系统信息。其中，非活跃代的计算不会被统计，被看作是一种计算资源的浪费。在一些大尺度系统和松耦合系统中，裂变源收敛很慢，需要完成数百次非活跃代的计算才能实现裂变源收敛。同时，在非活跃代的计算过程中，较难实时诊断裂变源是否已经收敛，常通过增加非活跃代的方式来避免因裂变源未收敛就开始统计而导致的计算误差，所以进一步导致计算资源的浪费。如果计算效率过低，无法快速构建出堆芯三维的功率分布，会使得高保真的堆芯物理计算面临困难，新型反应堆的研发设计面临瓶颈。

发明内容

本发明针对现有蒙卡临界算法的因非活跃代过程导致的计算效率低的问题，提出一种基于蒙卡临界计算单步法的堆芯三维功率快速构建方法，通过逐代增加粒子数，并实时调整各个计算代的权重的方式来避免非活跃代的计算，可以显著提升蒙卡临界计算的效率，从而快速构建出堆芯三维的功率分布，有效支撑新型反应堆的堆芯物理设计。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于蒙卡临界计算单步法的堆芯三维功率快速构建方法，包括以下步骤：

步骤1：根据裂变源误差传递模型确定最佳的粒子数递增序列：根据裂变源误差传递模型得到通用的粒子数递增序列其中：i代表计算代的序号，取值为1、2、3...；m⁽¹⁾是初始粒子数，m⁽ⁱ⁾是第i代的粒子数；c是与模型相关的常数。通过确定常数c和初始粒子数m⁽¹⁾就能确定最佳的粒子数递增序列。

本发明已经通过数学推导证明了c和m⁽¹⁾的取值越小，蒙卡临界计算单步法的计算效率越高。本发明中常数c优选取值为1.0；初始粒子数m⁽¹⁾与系统尺度和松耦合程度相关，系统越大或者松耦合程度越高，所需的初始粒子数m⁽¹⁾应取值越大，所以并不能为提高计算效率而无限减小初始粒子数m⁽¹⁾，本发明中初始粒子数m⁽¹⁾优选取值为50、100或者1000。

步骤2：根据粒子数递增序列确定各计算代对整体计算结果的最优化权重。因为前p代裂变源存在较大误差，在总粒子数固定的前提下，以前p代的中子统计信息占比总中子统计信息的份额最小化为目标得到最优化加权系数，从而实现最高的计算效率。

所述的前p代的中子统计信息占比总中子统计信息的份额其中：为前p代的信息量；s_cum为总的信息量；N代表模拟的总代数；w⁽ⁱ⁾是第i代的加权系数；m⁽ⁱ⁾是第i代的粒子数；c是与模型相关的常数。

所述的最优化加权系数