專利名稱：一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆物理設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
核燃料組件共振參數(shù)的獲取伴隨著反應(yīng)堆物理設(shè)計中能量多群處理方法的出現(xiàn)而產(chǎn)生。獲取核燃料組件共振參數(shù)是反應(yīng)堆組件設(shè)計、堆芯設(shè)計以及燃料管理的基礎(chǔ)，其精度直接影響后續(xù)計算精度。共振計算的主要目的是使用多群數(shù)據(jù)庫的多群截面和共振積分數(shù)據(jù)，計算實際核燃料組件的共振參數(shù)。各類基于確定論的核燃料組件共振參數(shù)獲取方法大多受到其理論模型的假設(shè)、近似的限制，或僅僅能夠處理簡單幾何核燃料組件；或只能近似處理有限的多種規(guī)則幾何核燃料組件，并未真正實現(xiàn)有效獲取多種任意幾何、任意數(shù)量共振區(qū)、任意共振材料組成核燃料組件的共振參數(shù)；或由于可獲得任意幾何，任意數(shù)量共振區(qū)和材料組成共振參數(shù)但效率低下，同樣距實際工程應(yīng)用中存在差距。用于獲取核燃料共振參數(shù)的子群方法具有較強的幾何處理能力、較高的計算效率，但是無法解決多核素共振的問題，只有采用多核素共振干涉表修正的方式，這種方式隨著幾何復(fù)雜程度的提高會逐漸失效，逐漸不滿足目前工程實際情況。小波方法具有較強的幾何處理能力，理論上可以用來獲取任意幾何、任意數(shù)量共振區(qū)核燃料組件的共振參數(shù)，但是計算效率低下，離工程實際使用還有一段距離。因此，針對新的需要與挑戰(zhàn)，研究一種有效獲取任意幾何、任意數(shù)量共振區(qū)、任意共振材料組成核燃料組件的共振參數(shù)的方法成為了當務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法，能夠有效獲得任意共振材料組成，任意幾何，任意數(shù)量共振區(qū)核燃料組件的共振參數(shù)；高效率的處理核燃料共振參數(shù)獲得過程中的不均勻布置，柵元、組件的不規(guī)則幾何形狀，彈性散射共振問題。本發(fā)明的原理是通過根據(jù)各個共振核素隨能量變化的共振峰的稀疏度采用不同的核燃料共振參數(shù)獲取方式。在共振能區(qū)，隨著能量的增大共振峰的峰值將逐漸減小，而共振的頻率將逐漸增大，也就是共振峰將逐漸變密，由稀疏的孤立共振峰向密集的共振峰過渡，根據(jù)這種變化特點:在共振區(qū)高能段共振峰密集的地方，針對截面隨能量的變化曲線，不對能量進行劃分，而是采用橫向劃分的方式直接對截面進行劃分；在共振區(qū)低能段共振峰稀疏共振干涉現(xiàn)象強烈的地方，針對能譜隨能量的變化曲線，采用小波函數(shù)展開來精確擬合能譜的方式。兩種劃分方式引入兩種不同的獲取共振參數(shù)的方式，兩種獲取方式通過兩種劃分區(qū)域之間的散射進行耦合。兩種獲取方式分別采用現(xiàn)有的任意幾何多群中子輸運方法作為求解器，得到核燃料的空間相關(guān)的能譜和共振自屏截面。最終提高獲取任意共振材料組成，任意幾何，任意數(shù)量共振區(qū)核燃料組件共振參數(shù)的精度和效率。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法，包括如下步驟:步驟一:使用NJOY程序，制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫，針對子群方法的特點添加了吸收截面插值表和總截面插值表，同時，基于ENDF數(shù)據(jù)得到核燃料中共振核素的連續(xù)能量形式的共振峰隨能量的變化曲線；步驟二:在核燃料每個共振核素的變化曲線圖中，將孤立峰和密集峰區(qū)分，得到兩個能量區(qū)間，孤立峰所在區(qū)間是共振干涉明顯的共振能區(qū)低能段，密集峰所在區(qū)間是共振干涉不明顯的共振能區(qū)高能段；步驟三:在共振干涉現(xiàn)象不明顯的共振能區(qū)高能段，通過子群、子群參數(shù)的定義，將能群平均共振截面通式轉(zhuǎn)換為子群形式，然后使用一系列不同背景截面下能群平均共振截面求解子群總截面、子群分截面以及子群概率；步驟四:將核燃料每個共振核素的子群參數(shù)包括子群截面、子群概率和相應(yīng)的多群數(shù)據(jù)耦合:共振能量段使用子群參數(shù)，快群和熱群使用多群數(shù)據(jù)，制作子群數(shù)據(jù)-多群數(shù)據(jù)率禹合系統(tǒng)；步驟五:針對每個共振能群，使用子群總截面、子群分截面和子群概率簡化與多群形式一致的子群二維任意幾何特征線中子輸運方程；考慮到共振計算的目標是得到有效共振自屏截面，在子群輸運方程的求解中，不需要再整個能量段上進行，只需要針對共振能區(qū)各個能群獨立的進行固定源的子群輸運計算，得到子群中子能譜，通過子群中子能譜和子群參數(shù)歸并得到核燃料的共振參數(shù)；考慮到某些核燃料共振核素較多，或者要獲得核燃料精細燃耗期間的共振截面，針對共振核素的共振峰的范圍和大小，將共振核素分為3-4類，計算過程中的迭代在類的基礎(chǔ)上進行，提高迭代的效率；步驟六:使用共振能區(qū)高能段到共振能區(qū)低能段的群間散射，通過群間散射將共振能區(qū)高能段的計算和共振能區(qū)低能段的計算耦合；在共振能區(qū)高能段使用子群方法得到該能量段的共振參數(shù)后，計算共振能區(qū)高能段到共振能群低能段的散射源和裂變源；步驟七:利用得到的散射源與裂變源計算源項，在共振干涉現(xiàn)象強烈的共振能區(qū)低能區(qū)，利用小波展開方法，對連續(xù)能量中子能譜的能量變量進行小波展開，得到共振能區(qū)的連續(xù)能量能譜小波尺度函數(shù)展開系數(shù)方程組；步驟八:使用二維任意幾何特征線方法計算與多群中子輸運方程形式一樣的小波尺度函數(shù)展開系數(shù)方程，得到共振區(qū)低能段多群中子能譜；為了提高計算的效率，對計算的散射源項進行簡化，在迭代中將共振能區(qū)高能段到共振能區(qū)低能段的群間散射以及共振能區(qū)低能段的群內(nèi)散射在迭代計算中作為常量，提高小波方法的計算效率。最后，使用共振區(qū)低能段多群中子能譜歸并連續(xù)總截面和分截面，得到共振能區(qū)低能段的核燃料共振參數(shù)。步驟一所述的制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫的過程如下:一、使用NJOY程序加工多群數(shù)據(jù)；二、將多群數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為NECL多群數(shù)據(jù)庫；三、合成燃耗中所需偽核素；四、制作批處理完成核素的添加、刪除、替換功能。步驟四所述的耦合過程如下一、在NECL多群數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，將該數(shù)據(jù)庫按照共振核素與非共振核素分為共振核素多群數(shù)據(jù)庫和非共振核素多群數(shù)據(jù)庫；二、對共振核素多群數(shù)據(jù)庫中的核素進行共振能群高能段的子群參數(shù)計算，得到子群截面和子群概率參數(shù)；三、將共振核素的共振能群高能段的子群參數(shù)與該共振核素快群熱群的多群截面數(shù)據(jù)放置在一起，與非共振核素的多群截面數(shù)據(jù)一起，形成子群數(shù)據(jù)-多群數(shù)據(jù)耦合系統(tǒng)。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:1、避免了首次碰撞概率的求解，可以獲得二維任意幾何核燃料組件的共振參數(shù)；2、相對其他傳統(tǒng)的獲取方式，本發(fā)明可以得到與核燃料組件中空間相關(guān)的能譜和共振參數(shù)，提高了獲取幾何任意，共振材料任意，存在溫度分布梯度的核燃料組件共振參數(shù)的精度；3、針對不同核燃料組件將共振能區(qū)劃分為兩區(qū)，在共振干涉現(xiàn)象不明顯共振能區(qū)高能段，存在大量密集的共振峰，采用橫向劃分的子群方法，避免對大量密集共振峰的擬合或插值求解，高效率獲取這一能區(qū)核燃料共振參數(shù)，同時避免了共振干涉現(xiàn)象對子群方法獲取共振參數(shù)的精度影響；在共振干涉現(xiàn)象強烈的共振能區(qū)低能段，存在著波峰值很大的孤立峰，采用小波展開函數(shù)擬合的方式來獲取核燃料共振參數(shù)，對于多核素共振干涉既不需要迭代計算也不需要進行共振干涉修正，同時小波展開函數(shù)的使用范圍僅僅是共振能區(qū)低能段的稀疏孤立峰，避免了對高能區(qū)密集共振峰的擬合必須采用的高階數(shù)，有效地保證了獲取核燃料整個共振區(qū)共振參數(shù)的效率和精度。


圖1為本發(fā)明方法流程圖。圖2為制作多群數(shù)據(jù)庫的流程圖。圖3為共振能區(qū)高能段與共振能區(qū)低能段劃分示意圖。圖4為子群方法截面劃分不意圖。圖5為子群-多群耦合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)示意圖。圖6為子群方法和小波方法散射源耦合示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明結(jié)構(gòu)進行詳細說明。本發(fā)明的思路是針對不同的核燃料將共振能區(qū)分為高能段和低能段，在共振能區(qū)高能段采用子群方法，在共振能區(qū)低能段采用小波方法，通過高能段到低能段的群間散射耦合，然后求解二維任意幾何中子輸運方程M0C，最終得到核燃料組件的共振參數(shù)。如圖1所示，本發(fā)明發(fā)明的步驟如下:步驟一、制作多群數(shù)據(jù)庫，并且對共振核素進行分區(qū)，得到共振能區(qū)高能段與共振能區(qū)低能段；步驟二、共振核素的共振能區(qū)高能段數(shù)據(jù)參與子群參數(shù)計算，得到子群參數(shù)；步驟三、對核燃料中存在的共振核素分類，得到3-4類；步驟四、在這些核燃料中存在的共振核素的共振能區(qū)高能段進行MOC子群中子輸運計算，得到子群通量，歸并得到多群截面；
步驟五、在分類的基礎(chǔ)上重復(fù)進行步驟4，直到迭代收斂；步驟六、進行共振能區(qū)高能段的MOC多群輸運計算，得到該能段的共振核素多群截面，計算共振能區(qū)高能段到共振能區(qū)低能段的散射源與裂變源；步驟七、得到散射源與裂變源后，在共振能區(qū)低能段求解小波系數(shù)方程，得到小波系數(shù)矩陣；步驟八、基于小波系數(shù)矩陣，得到共振能區(qū)低能段的多群截面與多群通量；步驟九、在整個能區(qū)進行MOC多群輸運計算，最后輸出結(jié)果。下面進行詳細說明:步驟一:使用NJOY程序，制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫一NECL，針對子群方法的特點添加了吸收截面插值表和總截面插值表；同時，基于ENDF數(shù)據(jù)得到核燃料中共振核素的連續(xù)能量形式的共振峰隨能量的變化曲線。制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫一NECL的具體流程圖如圖2所示，過程如下:一、使用NJOY程序 加工多群數(shù)據(jù)；二、將多群數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為NECL多群數(shù)據(jù)庫；三、合成燃耗中所需偽核素；四、制作批處理完成核素的添加、刪除、替換功能。其中自主開發(fā)的輔助維護程序功能包括將NJOY的輸出轉(zhuǎn)化為適合子群方法和小波方法的耦合數(shù)據(jù)庫格式；批處理進行數(shù)據(jù)刪除，增加，修改功能；燃耗偽核素的自動合成功能。步驟二:在核燃料每個共振核素的變化曲線圖中，將孤立峰和密集峰區(qū)分，得到兩個能量區(qū)間，孤立峰所在區(qū)間是共振干涉明顯的共振能區(qū)低能段，密集峰所在區(qū)間是共振干涉不明顯的共振能區(qū)高能段。舉U238核素說明，如圖3所示，在共振區(qū)域內(nèi)，在分界線左邊的區(qū)域主要存在的是孤立峰，屬于共振干涉明顯的共振能區(qū)低能段。在分界線右邊的區(qū)域主要存在的是密集峰，屬于共振干涉不明顯的共振能區(qū)高能段。步驟三:在共振能區(qū)高能段通過子群方法求解獲得子群總截面、子群分截面和子群概率在共振干涉現(xiàn)象不明顯共振能區(qū)高能段，存在大量密集的共振峰，采用橫向劃分的子群方法，避免對大量密集共振峰的擬合或插值求解，如圖4所示。通過將均勻問題、非均勻問題能群平均共振截面形式一致性的通式展開為子群形式，并利用能群平均共振截面與背景截面的變化關(guān)系，求解子群參數(shù)多群總截面，背景截面，子群總截面間的關(guān)系通過如下公式(I)表示
權(quán)利要求
1.一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:使用NJOY程序，制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫，針對子群方法的特點添加了吸收截面插值表和總截面插值表，同時，基于ENDF數(shù)據(jù)得到核燃料中共振核素的連續(xù)能量形式的共振峰隨能量的變化曲線； 步驟二:在核燃料每個共振核素的變化曲線圖中，將孤立峰和密集峰區(qū)分，得到兩個能量區(qū)間，孤立峰所在區(qū)間是共振干涉明顯的共振能區(qū)低能段，密集峰所在區(qū)間是共振干涉不明顯的共振能區(qū)高能段； 步驟三:在共振干涉現(xiàn)象不明顯的共振能區(qū)高能段，通過子群、子群參數(shù)的定義，將能群平均共振截面通式轉(zhuǎn)換為子群形式，然后使用一系列不同背景截面下能群平均共振截面求解子群總截面、子群分截面以及子群概率； 步驟四:將核燃料每個共振核素的子群參數(shù)包括子群截面、子群概率和相應(yīng)的多群數(shù)據(jù)耦合；共振能量段使用子群參數(shù)，快群和熱群使用多群數(shù)據(jù)，制作子群數(shù)據(jù)-多群數(shù)據(jù)耦合系統(tǒng)； 步驟五:針對每個共振能群，使用子群總截面、子群分截面和子群概率簡化與多群形式一致的子群二維任意幾何特征線中子輸運方程；針對共振能區(qū)各個能群獨立的進行固定源的子群輸運計算，得到子群中子能譜，通過子群中子能譜和子群參數(shù)歸并得到核燃料的共振參數(shù)；針對共振核素的共振峰的范圍和大小，將共振核素分為3-4類，計算過程中的迭代在類的基礎(chǔ)上進行； 步驟六:使用共振能區(qū)高能段到共振能區(qū)低能段的群間散射，通過群間散射將共振能區(qū)高能段的計算和共振能區(qū)低能段的計算耦合；在共振能區(qū)高能段使用子群方法得到該能量段的共振參數(shù)后，計算共振能區(qū)高能段到共振能群低能段的散射源和裂變源； 步驟七:利用得到的散射源 與裂變源計算源項，在共振干涉現(xiàn)象強烈的共振能區(qū)低能區(qū)，利用小波展開方法，對連續(xù)能量中子能譜的能量變量進行小波展開，得到共振能區(qū)的連續(xù)能量能譜小波尺度函數(shù)展開系數(shù)方程組； 步驟八:使用二維任意幾何特征線方法計算與多群中子輸運方程形式一樣的小波尺度函數(shù)展開系數(shù)方程，得到共振區(qū)低能段多群中子能譜；對計算的散射源項進行簡化，在迭代中將共振能區(qū)高能段到共振能區(qū)低能段的群間散射以及共振能區(qū)低能段的群內(nèi)散射在迭代計算中作為常量，最后，使用共振區(qū)低能段多群中子能譜歸并連續(xù)總截面和分截面，得到共振能區(qū)低能段的核燃料共振參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法，其特征在于:步驟一所述的制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫的過程如下: 一、使用NJOY程序加工多群數(shù)據(jù)； 二、將多群數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為NECL多群數(shù)據(jù)庫； 三、合成燃耗中所需偽核素； 四、制作批處理完成核素的添加、刪除、替換功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法，其特征在于:步驟四所述的耦合過程如下 一、在NECL多群數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，將該數(shù)據(jù)庫按照共振核素與非共振核素分為共振核素多群數(shù)據(jù)庫和非共振核素多群數(shù)據(jù)庫；二、對共振核素多群數(shù)據(jù)庫中的核素進行共振能群高能段的子群參數(shù)計算，得到子群截面和子群概率參數(shù)； 三、將共振核素的共 振能群高能段的子群參數(shù)與該共振核素快群熱群的多群截面數(shù)據(jù)放置在一起，與非共振核素的多群截面數(shù)據(jù)一起，形成子群數(shù)據(jù)-多群數(shù)據(jù)耦合系統(tǒng)。
全文摘要
一種獲得核燃料組件共振參數(shù)的方法，步驟如下制作常用核素多群數(shù)據(jù)庫和共振峰隨能量的變化曲線；將孤立峰和密集峰區(qū)分，孤立峰所在區(qū)間是共振干涉明顯的共振能區(qū)低能段，密集峰所在區(qū)間是共振干涉不明顯的共振能區(qū)高能段；在共振能區(qū)高能段采用子群方法求解子群總截面、子群分截面以及子群概率和相應(yīng)的多群數(shù)據(jù)耦合；通過高能段到低能段的群間散射將其計算耦合，得到高能段的共振參數(shù)后，計算高能段到低能段的散射源和裂變源；在低能區(qū)用小波展開方法得到多群中子能譜；使用共振區(qū)低能段多群中子能譜歸并連續(xù)總截面和分截面，得到低能段的核燃料共振參數(shù)；本發(fā)明能有效獲得任意共振材料組成，任意幾何，任意數(shù)量共振區(qū)核燃料組件的共振參數(shù)。
文檔編號G06F17/50GK103177154SQ201310045509
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者吳宏春, 賀雷, 曹良志 申請人:西安交通大學(xué)