先進(jìn)反應(yīng)堆精確活化計(jì)算方法及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中，堆芯內(nèi)部產(chǎn)生的大量中子對(duì)回路中的腐蝕產(chǎn)物和堆內(nèi)的結(jié)構(gòu)部件有很強(qiáng)的活化作用，所形成的活化產(chǎn)物是反應(yīng)堆運(yùn)行與檢修人員職業(yè)照射的主要來(lái)源。因此精確的活化計(jì)算對(duì)反應(yīng)堆檢修、換料、退役過(guò)程中工作方案的制定和人員的輻照安全有著重要意義。隨著先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展，堆芯的結(jié)構(gòu)材料與中子能譜愈發(fā)復(fù)雜，導(dǎo)致在活化計(jì)算中將會(huì)涉及到大量的短壽命核素、激發(fā)態(tài)核素等，且反應(yīng)路徑繁多，為精確和高效的活化計(jì)算帶來(lái)挑戰(zhàn)。
　　圍繞上述問(wèn)題，本文

2、基于超級(jí)蒙卡核模擬軟件系統(tǒng)SuperMC，開(kāi)展了先進(jìn)反應(yīng)堆的精確活化計(jì)算方法研究。本課題研究了一種基于指數(shù)變換的切比雪夫有理逼近方法(CRAM)的點(diǎn)活化計(jì)算方法，提高了CRAM在計(jì)算核素長(zhǎng)衰變問(wèn)題時(shí)的求解精度。在采用精細(xì)反應(yīng)鏈模型的基礎(chǔ)上，考慮了2231種核素的活化物理過(guò)程，共計(jì)66256種核反應(yīng)。并進(jìn)一步考慮了輕核素產(chǎn)額、短壽命核素和激發(fā)態(tài)核素對(duì)活化計(jì)算結(jié)果正確性的影響，支持活度、余熱、潛在生物危害、劑量率和清潔因子等活化特征量的計(jì)算

3、。本文的創(chuàng)新之處包括:
　　(1)發(fā)展了基于深度優(yōu)先搜索的嬗變鏈動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法。反應(yīng)堆中核素種類眾多且轉(zhuǎn)換關(guān)系復(fù)雜，嬗變鏈的精細(xì)程度直接影響活化計(jì)算的精度。本文提出的嬗變鏈動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法從核素的反應(yīng)截面信息和衰變信息出發(fā)，結(jié)合初始計(jì)算核素搜索添加活化產(chǎn)物并構(gòu)建嬗變鏈，并考慮了輕核素產(chǎn)額，搜索精度高、擴(kuò)展性強(qiáng)。
　　(2)發(fā)展了基于大規(guī)模矩陣自適應(yīng)降階的加速方法。在利用CRAM對(duì)活化方程進(jìn)行數(shù)值求解時(shí)，大量的短壽命核素會(huì)導(dǎo)致系數(shù)矩

4、陣規(guī)模大，剛性強(qiáng)，影響數(shù)值求解的效率。該加速方法能夠結(jié)合實(shí)際的輻照條件，采用矩陣重構(gòu)的方式，有效地降低系數(shù)矩陣的規(guī)模和剛性，從而提高活化計(jì)算的求解效率。以國(guó)際活化基準(zhǔn)例題為例，在保證計(jì)算結(jié)果正確的前提下，使用該加速方法后的求解效率提高了2倍以上。
　　為了驗(yàn)證本文所發(fā)展的活化計(jì)算方法的正確性和有效性，首先選取了活化計(jì)算中常見(jiàn)的β-、β+等衰變反應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算結(jié)果與參考程序的計(jì)算值吻合良好。然后選取了天然核素例題進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算了從