專利名稱：一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一直精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，該方法涉及到反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)與分析、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
裂變核電站產(chǎn)生的大量乏燃料和長壽命高放廢物的管理與處置，一直是社會和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。如何實(shí)現(xiàn)廢物最少化，最大限度地減少核電站運(yùn)行產(chǎn)生的高放廢物量及其放射毒性，并將高放廢物安全處置，是關(guān)系到核能可持續(xù)發(fā)展和影響公眾對核能接受度的關(guān)鍵問題之一。國際上普遍認(rèn)為加速器驅(qū)動次臨界堆ADS (Accelerator Driven Systems)是理想的長壽命放射性廢物嬗變裝置，核數(shù)據(jù)庫研究是開展ADS次臨界堆設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)與必要前提。在加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)ADS中，源中子為高能散裂中子源，中子的能量高達(dá)幾百M(fèi)eV，而其在燃料包層內(nèi)中子的能量可以低到熱能，最低達(dá)到10_5eV，中子能量跨度很大，系統(tǒng)中子能譜結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。如果核數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中忽略大跨度能譜的特征的影響，會造成ADS次臨界堆的屏蔽、結(jié)構(gòu)及堆芯設(shè)計(jì)的精度難以保證，引發(fā)核設(shè)計(jì)的安全性問題。國內(nèi)外針對ADS次臨界堆核數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究中的能譜難以確定的問題，通常采用忽略高能中子反應(yīng)等近似處理方法，未能充分解決ADS次臨界堆核數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題。如在國際原子能機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中心IAEA/NDS所做的ADS-Lib1.0/2.0數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究中，其群截面采用的是421群中子能群結(jié)構(gòu)，中子最高能量為20MeV，并未考慮到ADS次臨界堆中高能中子的影響，同時，權(quán)重函數(shù)采用修正后的壓水堆標(biāo)準(zhǔn)能譜，不能充分體現(xiàn)ADS次臨界堆復(fù)雜能譜的特點(diǎn)。荷蘭NRG研究所與法國的CEA聯(lián)合開發(fā)了 TENDL數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有點(diǎn)狀與群狀截面數(shù)據(jù)，其中群截面數(shù)據(jù)主要為SCALE程序使用，分別為33群、187群的AMPX的群狀庫，其中子反應(yīng)截面的最高能量為20MeV，未能充分地考慮到次臨界系統(tǒng)的大跨度能譜特點(diǎn)。日本原子能機(jī)構(gòu)JAEA基于JENDL/HE評價源設(shè)計(jì)開發(fā)出群狀數(shù)據(jù)庫中子反應(yīng)最高能量達(dá)到了 3GeV，能量上限充分考慮到ADS次臨界系統(tǒng)的特點(diǎn)，但是在20MeV以上截面數(shù)據(jù)只采用簡單的1/E分布來設(shè)計(jì)權(quán)重函數(shù)，未能考慮ADS次臨界堆的高能復(fù)雜能譜特點(diǎn)。美國LANL針對加速器核分析的需求，設(shè)計(jì)開發(fā)出LA150核數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫為點(diǎn)狀A(yù)CE格式，最高能量為150MeV，但主要是為輻射屏蔽計(jì)算程序MCNPX使用，相關(guān)群狀庫的研究設(shè)計(jì)未見報(bào)道?？傊?，這些核數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法均無法實(shí)現(xiàn)ADS系統(tǒng)精確的核設(shè)計(jì)與分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，便于加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫群截面的精確設(shè)計(jì)，確保加速器驅(qū)動次臨界堆的屏蔽、結(jié)構(gòu)及堆芯設(shè)計(jì)的精度，避免引發(fā)核設(shè)計(jì)的安全性問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，該方法是一種加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫高效精確制作的綜合分析方法，主要在多群核數(shù)據(jù)庫制作的關(guān)鍵能群結(jié)構(gòu)、權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)的兩個方面:首先，中子能群結(jié)構(gòu)的劃分方法，通過等對數(shù)能降劃分結(jié)合加速器驅(qū)動次臨界堆主要材料的反應(yīng)截面拐點(diǎn)的能群邊界確認(rèn)，共劃分366群能群結(jié)構(gòu)，20MeV以上中子能群數(shù)為51群；其次，中子權(quán)重函數(shù)的設(shè)計(jì)借鑒于數(shù)值計(jì)算中的迭代方法以及最小二乘法，采用“計(jì)算一分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)一…”的方法，獲得精確加速器驅(qū)動次臨界堆的權(quán)重譜；根據(jù)以上的方法完成對能群結(jié)構(gòu)與權(quán)重函數(shù)的確定，最終完成加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的精確設(shè)計(jì)。其中，所述的加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的能群結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，主要流程為:步驟(ll)、10_5eV IeV 劃分了 38 群；leV 2.12MeV 劃分了 231 群；2.12MeV IOMeV 劃分了 32 群；IOMeV 20MeV 劃分了 66 群；20MeV 150MeV 劃分了 51 群；步驟(12)、能群 邊界首先采用等常用對數(shù)能降進(jìn)行基本劃分；步驟(13)、在(11)、(12)基礎(chǔ)上，選擇加速器驅(qū)動次臨界堆關(guān)鍵核素？13、8^ 11、Am、Cm、Np、Th、U的主反應(yīng)截面的數(shù)值拐點(diǎn)處替換最接近的等對數(shù)能降出能群邊界；步驟(14)、采用高能中子核反應(yīng)的閾能反應(yīng)的能量點(diǎn)替換步驟(13)確定的邊界
占.
步驟(15)、最后優(yōu)化一個完善的核數(shù)據(jù)能群邊界。其中，所述的加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)以迭代法以及最小二乘法為基礎(chǔ)，其主要流程為:步驟(21)、采用數(shù)值模擬計(jì)算中的迭代方法及最小二乘法綜合分析來完成權(quán)重函數(shù)的初步設(shè)計(jì)，該方法主要思路為:“計(jì)算一分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)一…”，具體就是以典型加速器驅(qū)動次臨界堆模型為基礎(chǔ)，采用蒙特卡洛程序結(jié)合現(xiàn)有點(diǎn)狀庫對該模型的典型計(jì)算區(qū)域開展數(shù)值模擬，獲得典型的中子能譜分布；步驟(22)、再以此中子能譜為基礎(chǔ)獲得群狀庫的權(quán)重函數(shù)并設(shè)計(jì)出加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)試驗(yàn)庫；采用獲得的群狀庫對加速器驅(qū)動次臨界堆進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，采用最小二乘法分析群狀庫與作為比較基準(zhǔn)的點(diǎn)狀庫的偏差與不確定性，在此基礎(chǔ)上對加速器驅(qū)動次臨界堆的群狀庫的權(quán)重函數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到優(yōu)化的權(quán)重函數(shù)。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:1、本發(fā)明通過對等常用對數(shù)能降結(jié)合關(guān)鍵核素的反應(yīng)截面拐點(diǎn)以及高能反應(yīng)閾能點(diǎn)的綜合分析方法來確定多群庫中子能群結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，充分考慮加速器驅(qū)動次臨界堆的大跨度中子能量的特點(diǎn)；2、本發(fā)明通過最小二乘法以及“計(jì)算一分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)一…”的迭代
方法，來確定多群庫的權(quán)重函數(shù)，獲得加速器驅(qū)動次臨界堆復(fù)雜能譜下權(quán)重函數(shù)，實(shí)現(xiàn)多群核數(shù)據(jù)庫的精確設(shè)計(jì)。


圖1是能群結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法簡圖；圖2是權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)主要流程。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開一種精確設(shè)計(jì)制作加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的方法，該方法具有如下特征:在多群核數(shù)據(jù)庫制作的關(guān)鍵能群結(jié)構(gòu)、權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)的兩個方面采用以下方法:首先，加速器驅(qū)動次臨界堆中子能群結(jié)構(gòu)的劃分方法，通過等對數(shù)能降劃分結(jié)合加速器驅(qū)動次臨界堆主要材料的反應(yīng)截面拐點(diǎn)的能群邊界確認(rèn)，共劃分366群能群結(jié)構(gòu)，20MeV以上中子能群數(shù)為51群；其次，中子權(quán)重函數(shù)的設(shè)計(jì)借鑒于數(shù)值計(jì)算中的迭代方法，采用“計(jì)算一分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)一…”的方法，獲得精確加速器驅(qū)動次臨界堆的權(quán)重譜；根據(jù)以上的方法完成能群結(jié)構(gòu)與權(quán)重函數(shù)的確定，最終完成加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的精確設(shè)計(jì)。其中，加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的能群結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，如圖1所示，主要流程為:步驟(ll)、10_5eV IeV 劃分了 38 群；leV 2.12MeV 劃分了 231 群；2.12MeV IOMeV 劃分了 32 群；IOMeV 20MeV 劃分了 66 群；20MeV 150MeV 劃分了 51 群；步驟(12)、能群邊界的選擇首先采用對數(shù)能降均勻進(jìn)行劃分；步驟(13)、在步驟(11)、(12)基礎(chǔ)上，選擇加速器驅(qū)動次臨界堆關(guān)鍵核素Pb、B1、U、Pu、Am、Cm、Np、Th、U的主反應(yīng)截面的數(shù)值拐點(diǎn)處替換最接近的等對數(shù)能降出能群邊界；步驟(14)、采用高能中子核反應(yīng)的閾能反應(yīng)的能量點(diǎn)替換步驟(13)確定的邊界
占.
步驟(15)、最后優(yōu)化一個完善的加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)能群邊界。其中，加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)以迭代法以及最小二乘法為基礎(chǔ)，其主要流程為:步驟(21)、采用數(shù)值模擬計(jì)算中的迭代方法及最小二乘法綜合分析來完成權(quán)重函數(shù)的初步設(shè)計(jì)，如圖2所示，該方法主要思路為:“計(jì)算一分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)—具體就是以典型加速器驅(qū)動次臨界堆模型為基礎(chǔ)，采用蒙特卡洛程序結(jié)合現(xiàn)有點(diǎn)狀庫對該模型的典型計(jì)算區(qū)域開展數(shù)值模擬，獲得典型的中子能譜分布；具體計(jì)算思路如下:對典型區(qū)域的通量的計(jì)算通過公式(I)進(jìn)行數(shù)值模擬求得:
權(quán)利要求
1.一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，其特征在于，該方法是一種高效精確制作的綜合分析方法，主要在體現(xiàn)多群核數(shù)據(jù)庫制作的關(guān)鍵能群結(jié)構(gòu)、權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)的兩個方面: 首先，中子能群結(jié)構(gòu)的劃分方法，通過等對數(shù)能降劃分結(jié)合加速器驅(qū)動次臨界堆主要材料的反應(yīng)截面拐點(diǎn)的能群邊界確認(rèn)，共劃分366群能群結(jié)構(gòu)，20MeV以上中子能群數(shù)為51群; 其次，中子權(quán)重函數(shù)的設(shè)計(jì)借鑒于數(shù)值計(jì)算中的迭代方法以及最小二乘法，采用“計(jì)算—分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)一…”的方法，獲得精確加速器驅(qū)動次臨界堆的權(quán)重譜；根據(jù)以上的方法完成對能群結(jié)構(gòu)與權(quán)重函數(shù)的確定，最終完成加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的精確設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，其特征在于，所述的加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的能群結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，主要流程為: 步驟(ll)、10_5eV IeV劃分了 38 群;leV 2.12MeV 劃分了 231 群；2.12MeV IOMeV劃分了 32群；IOMeV 20MeV劃分了 66群；20MeV 150MeV劃分了 51群； 步驟(12)、能群邊界首先采用等常用對數(shù)能降進(jìn)行基本劃分； 步驟(13)、在(11)、(12)基礎(chǔ)上，選擇加速器驅(qū)動次臨界堆關(guān)鍵核素Pb、B1、U、Pu、Am、Cm、Np、Th、U的主反應(yīng)截面的數(shù)值拐點(diǎn)處替換最接近的等對數(shù)能降出能群邊界； 步驟(14)、采用高能中子核反應(yīng)的閾能`反應(yīng)的能量點(diǎn)替換步驟(13)確定的邊界點(diǎn)； 步驟(15 )、最后優(yōu)化一個完善的核數(shù)據(jù)能群邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，其特征在于，加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)庫的權(quán)重函數(shù)設(shè)計(jì)以迭代法以及最小二乘法為基礎(chǔ)，其主要流程為: 步驟(21)、采用數(shù)值模擬計(jì)算中的迭代方法及最小二乘法綜合分析來完成權(quán)重函數(shù)的初步設(shè)計(jì)，該方法主要思路為:“計(jì)算一分析一設(shè)計(jì)一檢驗(yàn)一再設(shè)計(jì)一…”，具體就是以典型加速器驅(qū)動次臨界堆模型為基礎(chǔ)，采用蒙特卡洛程序結(jié)合現(xiàn)有點(diǎn)狀庫對該模型的典型計(jì)算區(qū)域開展數(shù)值模擬，獲得典型的中子能譜分布； 步驟(22)、再以此中子能譜為基礎(chǔ)獲得群狀庫的權(quán)重函數(shù)并設(shè)計(jì)出加速器驅(qū)動次臨界堆核數(shù)據(jù)試驗(yàn)庫；采用獲得的群狀庫對加速器驅(qū)動次臨界堆進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，采用最小二乘法分析群狀庫與作為比較基準(zhǔn)的點(diǎn)狀庫的偏差與不確定性，在此基礎(chǔ)上對加速器驅(qū)動次臨界堆的群狀庫的權(quán)重函數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到優(yōu)化的權(quán)重函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種精確制作加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的方法，該方法是一種加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫高效精確制作的綜合分析方法，主要體現(xiàn)在多群核數(shù)據(jù)庫制作的關(guān)鍵能群結(jié)構(gòu)、權(quán)重函數(shù)、兩個方面。首先通過等常用對數(shù)劃分結(jié)合加速器驅(qū)動次臨界堆主要材料的反應(yīng)截面拐點(diǎn)的能群邊界確定數(shù)據(jù)庫能群結(jié)構(gòu)；其次，中子權(quán)重函數(shù)的設(shè)計(jì)借鑒數(shù)值計(jì)算中的迭代方法及最小二乘法，采用“計(jì)算→分析→設(shè)計(jì)→檢驗(yàn)→再設(shè)計(jì)→…”的方法，最終得到精確加速器驅(qū)動次臨界堆的權(quán)重譜。本發(fā)明采用的方法可以實(shí)現(xiàn)加速器驅(qū)動次臨界堆多群核數(shù)據(jù)庫的精確設(shè)計(jì)，為加速器驅(qū)動次臨界堆的核分析提供精確可靠的數(shù)據(jù)支持。
文檔編號G06F17/50GK103106298SQ20131001355
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者鄒俊, 曾勤, 陳沖, 丁兵, 許德政 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院