多群蒙特卡罗方法在反应堆屏蔽设计中的应用

论文摘要

高温气冷堆是第四代核能系统的重要堆型之一,由于其堆芯体积庞大,几何结构复杂,屏蔽计算难度较大。现在使用较多的屏蔽计算程序包括确定论方法程序（ANISN、DOT、TORT）和概率论方法程序（MCNP）,由于这两种程序所使用数据库的不同（前者一般使用BUGLE-80数据库,后者使用连续能量的ENDF库）,在校核它们的计算结果时就不会有很大的说服力。因此,有必要研究多群蒙特卡罗方法,即MCNP程序的多群计算功能。蒙卡方法多群处理的优点有:多群碰撞机制简单,计算省时;采用标准多群截面库,适合蒙特卡罗方法和确定论方法的耦合和比较。它的不足之处是考虑各向异性散射时,离散方向有限,会产生射线效应。对于各向异性散射严重的核素,散射角分布关于Legendre多项式展开并作L阶截断处理,当L较小时,近似散射角分布会局部出负,进而导致散射源出负使通量密度出负。因此,需要研究对各向异性散射角分布的处理方法,这也是本文的重点之一。处理各向异性散射角分布时,采用国际上比较有效的离散δ函数法（MORSE程序采用此法）,以及等概率阶梯函数法,用求得的角分布的离散近似分布逼近实际角分布。本文针对10MW高温气冷堆进行屏蔽计算,使用BUGLE-80数据库,经ANISN并群处理得到以核素组织的少群宏观截面,并对此截面进行格式转换以及高阶散射截面处理,得到适合于MCNP多群计算的格式,进行多群MCNP计算。将计算结果与使用相同数据库的DOT程序、TORT程序的计算结果进行比较,符合较好。同时,它也取得了与连续能量MCNP程序一致的结果。另外,使用TORT程序计算了反应堆外部特定位置处的吸收剂量,有利于实际工作中与实测值的比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 反应堆屏蔽设计概述
• 1.1.1 反应堆屏蔽设计的目的和任务
• 1.1.2 反应堆屏蔽设计的主要方法
• 1.1.2.1 确定论方法
• 1.1.2.2 概率论方法
• 1.1.3 反应堆屏蔽设计程序简介
• 1.2 多群蒙特卡罗方法研究背景
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 工作目的及意义
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 蒙特卡罗多群粒子输运计算
• 2.1 多群中子输运方程的基本形式
• 2.2 蒙特卡罗方法模拟多群粒子输运问题
• 2.2.1 蒙卡随机模拟的一般步骤
• 2.2.2 多群蒙卡随机模拟
• 2.3 高阶散射截面处理方法
• 2.3.1 离散δ函数近似
• 2.3.2 等概率阶梯函数近似
• 2.3.3 非等概率阶梯函数近似
• 2.3.4 小结
• 第3章 MCNP 程序多群计算
• 3.1 MCNP 程序多群计算功能
• 3.1.1 多群数据库简介
• 3.1.2 索引文件简介
• 3.1.3 输入卡简介
• 3.2 编程准备多群数据库及索引文件
• 3.3 验证
• 3.3.1 Godiva 裸球临界装置
• 6LiH 装置'>3.3.2⁶LiH 装置
• 3.3.3 小结
• 第4章 10MW 高温气冷堆屏蔽计算分析
• 4.1 HTR-10 堆体结构及参数
• 4.2 屏蔽计算流程概述
• 4.2.1 概率论屏蔽计算流程
• 4.2.2 确定论屏蔽计算流程
• 4.2.3 连续能量MCNP 屏蔽计算
• 4.3 计算模型和相关参数
• 4.3.1 ANISN 模型和参数
• 4.3.2 MCNP 模型和参数
• 4.3.3 DOT 模型和参数
• 4.3.4 TORT 模型和参数
• 4.4 计算结果分析与比较
• 4.4.1 堆芯中心轴点结果比较
• 4.4.2 与SN 程序的比较与分析
• 4.4.3 与连续能量MCNP 程序比较与分析
• 4.4.4 与MCNP 程序自带的多群数据库比较与分析
• 4.4.5 水泥墙内某点处结果比较
• 4.5 反应堆特定位置处吸收剂量的计算
• 4.5.1 计算中子/光子平均当量剂量换算因子
• 4.5.2 计算中子/光子当量剂量率
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A 多群散射角近似方程求解方法
• A.1 离散δ函数近似
• A.2 等概率阶梯函数近似
• 附录B MCNP 多群数据库格式
• 附录C MCNP 多群数据库索引文件格式
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果