一種在多群數(shù)據(jù)庫中考慮共振彈性散射的方法
【專利摘要】一種在多群數(shù)據(jù)庫中考慮共振彈性散射效應(yīng)的方法，1、對于共振核素，用蒙特卡羅程序OpenMC統(tǒng)計各個背景截面點下各個溫度點下各個共振能群的吸收截面，散射截面和中子產(chǎn)生截面，整理成共振積分表；2、對于該共振核素，用OpenMC統(tǒng)計各個共振能群到其他能群的0階散射矩；3、用OpenMC統(tǒng)計的共振積分表和0階散射矩替換組件程序多群數(shù)據(jù)庫中該核素的共振積分表和0階散射矩；本發(fā)明方法中，用OpenMC統(tǒng)計產(chǎn)生共振積分表和0階散射矩，使多群截面能夠考慮中子的共振彈性散射效應(yīng)；用OpenMC統(tǒng)計產(chǎn)生的共振積分表和0階散射矩替換組件程序多群數(shù)據(jù)庫中的共振積分表和0階散射矩，使組件程序能夠直接使用考慮共振彈性散射效應(yīng)的多群截面。
【專利說明】
一種在多群數(shù)據(jù)庫中考慮共振彈性散射的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆堆芯設(shè)計和安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在多群數(shù)據(jù)庫中考 慮共振彈性散射的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 反應(yīng)堆物理設(shè)計計算一般采用確定論方法，該方法對能量變量采用多群的近似， 多群數(shù)據(jù)庫通常利用NJ0Y程序產(chǎn)生。而NJ0Y程序在兩個方面忽略了共振彈性散射效應(yīng)。第 一個方面，NJ0Y制作的共振積分表忽略了共振彈性散射效應(yīng)。該程序通過求解不同溫度和 背景截面下的中子慢化方程制作共振積分表。為了簡化中子慢化方程中散射源項的計算， 采用靶核靜止模型，忽略了靶核的熱運動和彈性散射的共振。第二個方面，NJ0Y制作的0階 散射矩忽略了共振彈性散射效應(yīng)。〇階散射矩通過歸并點截面形式的散射概率得到，計算散 射概率時需要用到評價數(shù)據(jù)庫4號文件中的勒讓德展開系數(shù)。但4號文件提供的展開系數(shù)沒 有考慮靶核的熱運動，即采用靶核靜止模型，同樣忽略了彈性散射的共振。因此這兩個方面 的實質(zhì)都是采用靶核靜止模型，不能同時考慮靶核的熱運動和彈性散射的共振，這種效應(yīng) 被稱為共振彈性散射效應(yīng)。這會導(dǎo)致低估中子向上散射，進而導(dǎo)致低估吸收反應(yīng)率，從而對 后續(xù)的計算帶來影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在多群數(shù)據(jù)庫中 考慮共振彈性散射效應(yīng)的方法，該方法采用蒙特卡羅程序OpenMC統(tǒng)計計算得到共振積分表 和〇階散射矩，并替換掉多群數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的部分，以在多群數(shù)據(jù)庫中考慮共振彈性散射效 應(yīng)。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案予以實施：
[0005] -種在多群數(shù)據(jù)庫中考慮共振彈性散射效應(yīng)的方法，該方法包括以下步驟：
[0006] 步驟1:對于一個共振核素，選取一系列溫度點和背景截面點，構(gòu)建對應(yīng)的共振核 素與1Η核均勻混合的問題;采用蒙特卡羅程序OpenMC統(tǒng)計這些問題各個共振能群的吸收截 面、散射截面和中子產(chǎn)生截面;運行程序時，在OpenMC的輸入卡片中打開共振彈性散射的開 關(guān)，使OpenMC能夠考慮共振彈性散射效應(yīng);統(tǒng)計完成時將這些截面整理成該核素的共振積 分表的形式：
[0008] 其中〇b是背景截面；Ix,g(〇b，T)是背景截面為 〇b溫度為T時的X反應(yīng)類型第g能群的 共振積分;〇x,g(〇b，T)是背景截面為 〇b溫度為T時X反應(yīng)類型第g能群的截面;X反應(yīng)類型包括 吸收反應(yīng)，散射反應(yīng)和中子產(chǎn)生反應(yīng);〇a, g(〇b，T)是背景截面為〇b溫度為T時第g能群的吸收 截面；
[0009] 步驟2:對于該共振核素，選取一系列溫度點和一個背景截面點，采用OpenMC程序 統(tǒng)計這些溫度和這個背景截面下各個共振能群到其他能群的0階散射矩;在統(tǒng)計截面時，在 OpenMC的輸入卡片中打開共振彈性散射的開關(guān)；
[0010]步驟3:把多群數(shù)據(jù)庫中的共振積分表和共振能群到其他能群的0階散射矩替換成 OpenMC統(tǒng)計的共振積分表和0階散射矩。
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下突出優(yōu)點：
[0012] 本發(fā)明利用現(xiàn)有的能夠考慮共振彈性散射效應(yīng)的蒙特卡羅程序OpenMC，經(jīng)統(tǒng)計計 算得到共振積分表和〇階散射矩，不需要對原先用于加工多群數(shù)據(jù)庫的NJ0Y程序做任何修 改。將多群數(shù)據(jù)庫中的共振積分表和〇階散射矩替換成OpenMC統(tǒng)計計算得到的，不需要對多 群數(shù)據(jù)庫做格式上的更改，使確定論程序能夠直接使用。采用新的多群數(shù)據(jù)庫進行計算，能 夠考慮共振彈性散射效應(yīng)并提高計算的精度。
【附圖說明】
[0013] 圖1為OpenMC程序輸入卡片共振彈性散射的開關(guān)。
[0014] 圖2為與OpenMC計算的無限介值增值因數(shù)相比，采用原多群數(shù)據(jù)庫和新的多群數(shù) 據(jù)庫進行多群輸運計算的無限介值增值因數(shù)誤差。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明：
[0016] 本發(fā)明利用OpenMC制作多群數(shù)據(jù)庫中的共振積分表和0階散射矩。該方法具體計 算流程包括以下方面：
[0017] 1)對于一個共振核素 A，選取4個溫度點Ti(293K，600K，900K和1100K)和10個背景 截面點〇b, j (lObarn，28barn，52barn，64barn，140barn，260barn，lOOObarn，3600barn，
，構(gòu)建對應(yīng)的40個該核素與1H核素(簡單起見令為B核素)均勻 混合的問題。共振核素的核子密度取為l.〇，B核素的核子密度采用公式(2)計算得到
[0019]利用OpenMC統(tǒng)計這些溫度和背景截面下各個共振能群的吸收反應(yīng)率，散射反應(yīng) 率，中子產(chǎn)生反應(yīng)率和通量。在統(tǒng)計反應(yīng)率和通量時，在OpenMC的輸入卡片中打開共振彈性 散射的開關(guān)，即在輸入卡片中增加如圖1所示的內(nèi)容。利用公式(3)計算得到對應(yīng)的吸收截 面，散射截面和中子產(chǎn)生截面。
[0021] 其中Rx,g為反應(yīng)率；(^為通量;〇x,gS截面;g是能群的編號;X是反應(yīng)類型，包括吸 收反應(yīng)，散射反應(yīng)和中子產(chǎn)生反應(yīng)。利用公式(4)計算得到各個共振能群對應(yīng)的真實背景截 面。
[0022] 〇'b,g,j = XAop,A,g+NB,j〇p,B,g 公式(4)
[0023]由于多群數(shù)據(jù)庫中的背景截面點對于每一個共振能群都是相同的，利用平方根線 性插值公式得到選取的背景截面點對應(yīng)的吸收截面，散射截面和中子產(chǎn)生截面。然后利 用公式(1)將截面整理成共振積分表的形式；
[0024] 2)對于該共振核素 A，選取4個溫度點Ti (293K，600K，900K和1100K)和一個背景截 面點28barn，采用OpenMC程序統(tǒng)計這些溫度和該背景截面下各個共振能群到其他能群的0 階散射反應(yīng)率和通量。在統(tǒng)計反應(yīng)率和通量時，在OpenMC的輸入卡片中打開共振彈性散射 的開關(guān)。采用公式(5)計算得到0階散射矩。
[0026]其中Rs〇,g，i是g'群至Ijg群的0階散射反應(yīng)率；，是g'群的通量；
[0027] (^〇,^是8'群至匕群的0階散射矩；
[0028] 3)把原多群數(shù)據(jù)庫中的共振積分表和共振能群到其他能群的0階散射矩替換成 OpenMC統(tǒng)計計算得到的共振積分表和0階散射矩，制成新的多群數(shù)據(jù)庫。
[0029] 采用原多群數(shù)據(jù)庫和新的多群數(shù)據(jù)庫對一系列單棒問題進行多群輸運計算，得到 無限介值增值因數(shù);對于同樣的問題，采用OpenMC程序進行計算，得到基準的無限增值因 數(shù)。利用公式(6)計算得到多群輸運計算的誤差。
[0030] error = (k~,MG-kc?,〇penMc) X 105 公式（6)
[0031 ] 其中k〇〇, OpenMC是OpenMC計算的結(jié)果;k〇〇, MG是多群輸運計算的結(jié)果。圖2給出了米用 不同的多群數(shù)據(jù)庫得到的無限增值因數(shù)誤差。可以發(fā)現(xiàn)采用新的多群數(shù)據(jù)庫的計算誤差顯 著小于采用原多群數(shù)據(jù)庫的計算誤差。
【主權(quán)項】
1. 一種在多群數(shù)據(jù)庫中考慮共振彈性散射效應(yīng)的方法，其特征在于：該方法包括W下 步驟： 步驟1:對于一個共振核素，選取一系列溫度點和背景截面點，構(gòu)建對應(yīng)的共振核素與iH 核均勻混合的問題;采用蒙特卡羅程序化enMC統(tǒng)計運些問題各個共振能群的吸收截面、散 射截面和中子產(chǎn)生截面;運行程序時，在化enMC的輸入卡片中打開共振彈性散射的開關(guān)，使 OpenMC能夠考慮共振彈性散射效應(yīng);統(tǒng)計完成時將運些截面整理成該核素的共振積分表的 形式：公式Π ) 其中Ob是背景截面；Ix,g(〇b，T)是背景截面為Ob溫度為T時的X反應(yīng)類型第g能群的共振 積分;Οχ,g(〇b，T)是背景截面為Ob溫度為T時X反應(yīng)類型第g能群的截面;X反應(yīng)類型包括吸收 反應(yīng)，散射反應(yīng)和中子產(chǎn)生反應(yīng);〇a,g(〇b，T)是背景截面為Ob溫度為T時第g能群的吸收截面； 步驟2:對于該共振核素，選取一系列溫度點和一個背景截面點，采用化enMC程序統(tǒng)計 運些溫度和運個背景截面下各個共振能群到其他能群的0階散射矩；在統(tǒng)計截面時，在 OpenMC的輸入卡片中打開共振彈性散射的開關(guān)； 步驟3:把多群數(shù)據(jù)庫中的共振積分表和共振能群到其他能群的0階散射矩替換成 OpenMC統(tǒng)計的共振積分表和0階散射矩。
【文檔編號】G06F17/30GK106096018SQ201610471982
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】祖鐵軍, 賀清明, 曹良志, 劉宙宇, 吳宏春
【申請人】西安交通大學(xué)