多群蒙特卡罗方法在反应堆屏蔽设计中的应用

1、多群蒙特卡罗方法在反应堆屏蔽设计中的应用英文题名 Mutigroup Monte Carlo for Reactor Shielding Design 关键词 高温气冷堆; 多群蒙特卡罗; 离散函数近似; 等概率阶梯函数近似; 英文关键词 High temperature gas-cooled reactor; Multigroup monte carlo; Discretefunction approximation; Equi-probable step function approximation; 中文摘要 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

2、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

3、,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. 英文摘要 The high temperature gas-cooled reactor is the important one in the generationnuclear systems. Its shielding calculation is difficult bec

4、ause of the large reactor core and complex structure. At present, the 摘要 3-4 Abstract 4-5 第1章 引言 9-17 1.1 反应堆屏蔽设计概述 9-12 1.1.1 反应堆屏蔽设计的目的和任务 9-10 1.1.2 反应堆屏蔽设计的主要方法 10-12 1.1.2.1 确定论方法 10 1.1.2.2 概率论方法 10-12 1.1.3 反应堆屏蔽设计程序简介 12 1.2 多群蒙特卡罗方法研究背景 12-15 1.2.1 国外研究状况 13-14 1.2.2 国内研究状况 14-15 1.3 工作目的及意

5、义 15-16 1.4 论文主要工作 16-17 第2章 蒙特卡罗多群粒子输运计算 17-26 2.1 多群中子输运方程的基本形式 17-18 2.2 蒙特卡罗方法模拟多群粒子输运问题 18-22 2.2.1 蒙卡随机模拟的一般步骤 18-21 2.2.2 多群蒙卡随机模拟 21-22 2.3 高阶散射截面处理方法 22-26 2.3.1 离散函数近似 23-24 2.3.2 等概率阶梯函数近似 24 2.3.3 非等概率阶梯函数近似 24-25 2.3.4 小结 25-26 第3章 MCNP 程序多群计算 26-32 3.1 MCNP 程序多群计算功能 26-29 3.1.1 多群数据库简介

6、 26-28 3.1.2 索引文件简介 28-29 3.1.3 输入卡简介 29 3.2 编程准备多群数据库及索引文件 29-30 3.3 验证 30-32 3.3.1 Godiva 裸球临界装置 30-31 3.3.2 6LiH 装置 31 3.3.3 小结 31-32 第4章 10MW 高温气冷堆屏蔽计算分析 32-59 4.1 HTR-10 堆体结构及参数 32-35 4.2 屏蔽计算流程概述 35-39 4.2.1 概率论屏蔽计算流程 35-37 4.2.2 确定论屏蔽计算流程 37-39 4.2.3 连续能量MCNP 屏蔽计算 39 4.3 计算模型和相关参数 39-42 4.3.1

7、 ANISN 模型和参数 39-40 4.3.2 MCNP 模型和参数 40-41 4.3.3 DOT 模型和参数 41-42 4.3.4 TORT 模型和参数 42 4.4 计算结果分析与比较 42-54 4.4.1 堆芯中心轴点结果比较 43-45 4.4.2 与SN 程序的比较与分析 45-47 4.4.3 与连续能量MCNP 程序比较与分析 47-51 4.4.4 与MCNP 程序自带的多群数据库比较与分析 51-54 4.4.5 水泥墙内某点处结果比较 54 4.5 反应堆特定位置处吸收剂量的计算 54-57 4.5.1 计算中子/光子平均当量剂量换算因子 55-56 4.5.2 计

8、算中子/光子当量剂量率 56-57 4.6 本章小结 57-59 第5章 结论 59-60 5.1 总结 59 5.2 展望 59-60 参考文献 60-62 附录A 多群散射角近似方程求解方法 62-65 A.1 离散函数近似 62-64 A.2 等概率阶梯函数近似 64-65 附录B MCNP 多群数据库格式 65-67 附录C MCNP 多群数据库索引文件格式 67-68 3.2 编程准备多群数据库及索引文件 29-30 3.3 验证 30-32 3.3.1 Godiva 裸球临界装置 30-31 3.3.2 6LiH 装置 31 3.3.3 小结 31-32 第4章 10MW 高温气冷

9、堆屏蔽计算分析 32-59 4.1 HTR-10 堆体结构及参数 32-35 4.2 屏蔽计算流程概述 35-39 4.2.1 概率论屏蔽计算流程 35-37 4.2.2 确定论屏蔽计算流程 37-39 4.2.3 连续能量MCNP 屏蔽计算 39 4.3 计算模型和相关参数 39-42 4.3.1 ANISN 模型和参数 39-40 4.3.2 MCNP 模型和参数 40-41 4.3.3 DOT 模型和参数 41-42 4.3.4 TORT 模型和参数 42 4.4 计算结果分析与比较 42-54 4.4.1 堆芯中心轴点结果比较 43-45 4.4.2 与SN 程序的比较与分析 45-4

10、7 4.4.3 与连续能量MCNP 程序比较与分析 47-51 4.4.4 与MCNP 程序自带的多群数据库比较与分析 51-54 4.4.5 水泥墙内某点处结果比较 54 4.5 反应堆特定位置处吸收剂量的计算 54-57 4.5.1 计算中子/光子平均当量剂量换算因子 55-56 4.5.2 计算中子/光子当量剂量率 56-57 4.6 本章小结 57-59 第5章 结论 59-60 5.1 总结 59 5.2 展望 59-60 参考文献 60-62 附录A 多群散射角近似方程求解方法 62-65 A.1 离散函数近似 62-64 A.2 等概率阶梯函数近似 64-65 附录B MCNP

11、多群数据库格式 65-67 附录C MCNP 多群数据库索引文件格式 67-68 3.2 编程准备多群数据库及索引文件 29-30 3.3 验证 30-32 3.3.1 Godiva 裸球临界装置 30-31 3.3.2 6LiH 装置 31 3.3.3 小结 31-32 第4章 10MW 高温气冷堆屏蔽计算分析 32-59 4.1 HTR-10 堆体结构及参数 32-35 4.2 屏蔽计算流程概述 35-39 4.2.1 概率论屏蔽计算流程 35-37 4.2.2 确定论屏蔽计算流程 37-39 4.2.3 连续能量MCNP 屏蔽计算 39 4.3 计算模型和相关参数 39-42 4.3.1

12、 ANISN 模型和参数 39-40 4.3.2 MCNP 模型和参数 40-41 4.3.3 DOT 模型和参数 41-42 4.3.4 TORT 模型和参数 42 4.4 计算结果分析与比较 42-54 4.4.1 堆芯中心轴点结果比较 43-45 4.4.2 与SN 程序的比较与分析 45-47 4.4.3 与连续能量MCNP 程序比较与分析 47-51 4.4.4 与MCNP 程序自带的多群数据库比较与分析 51-54 4.4.5 水泥墙内某点处结果比较 54 4.5 反应堆特定位置处吸收剂量的计算 54-57 4.5.1 计算中子/光子平均当量剂量换算因子 55-56 4.5.2 计算