反應堆高保真蒙特卡羅粒子輸運模擬加速方法研究.pdf

1、蒙特卡羅方法能夠精細描述和處理反應堆物理過程，是反應堆高保真粒子輸運模擬的重要工具，但其收斂速度慢是固有的理論缺陷，成為工程實際應用中的突出障礙。反應堆高保真粒子輸運模擬要求得出精細且全局收斂的計算結果，存在大尺度、深穿透、厚屏蔽以及幾何、材料分布不均勻等問題，會導致全局收斂速度不均勻，達到收斂耗時極長;另一方面，裂變堆分析中還存在裂變源分布不均勻，計數器數量巨大等問題。本文基于超級蒙卡核模擬軟件系統(tǒng)SuperMC，針對上述問題，進行加

2、速方法的研究。主要內容及創(chuàng)新如下:
　　1)針對反應堆高保真粒子輸運模擬中全局收斂速度慢問題，發(fā)展了基于相空間粒子密度均勻性的自適應優(yōu)化全局計算效率的全局權窗產生器，將粒子均勻輸運到整個模型空間以加速全局收斂。在全局減方差方法的基礎上，本文進一步研究了全局-局部耦合收斂加速方法:將全局權窗作為計算輸入的一部分，可顯著提升傳統(tǒng)的權窗產生器的收斂加速效果。以乏燃料儲存池模型進行測試，與直接模擬相比，全局計算時衡量計算收斂速度的品質因子

3、(FOM)提升千余倍;對所選取的局部計數目標的FOM提升百余倍。
　　2)針對裂變堆全堆芯模擬收斂速度不均勻的問題，本文發(fā)展了一種全局權窗產生器-裂變源均勻化耦合加速方法:一方面根據裂變源均勻化方法初步實現臨界源粒子的均勻分布，同時應用全局權窗產生器實現對輸運過程的偏倚;另一方面，裂變源均勻化方法可根據源粒子密度分布偏倚源粒子的初始權重，使其與全局權窗的參數相適應，從而進一步提高了計算效率。對Hoogenboom全堆基準例題的測試

4、表明，與直接模擬相比，熱群通量分布的計算FOM提升約30倍，快群通量分布的計算FOM提升約20倍。
　　3)針對大規(guī)模計數問題，本文發(fā)展了一種基于計數輔助樹的大規(guī)模計數方法，建立了與幾何柵元一一對應的樹形結構，并在節(jié)點中存儲了相應柵元的計數信息，通過當前粒子所在柵元的幾何信息從樹中快速讀出對應的計數器。對Hoogenboom例題全堆芯六百萬柵元進行計數時，計數耗時僅為輸運耗時的4％，與傳統(tǒng)遍歷查找計數方法比，顯著提高了計算效率。<