CN110705054B - 一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法 - Google Patents

Abstract

一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法，将中子强吸收体和周围栅元等效为一维圆柱的超栅元模型，再将超栅元模型拆分为三个一维圆柱栅元，从而三个一维圆柱栅元组成了改进超栅元模型；利用超细群计算方法，分别获得每个栅元的共振群常数，最终获得针对中子强吸收体的共振群常数；本发明相比现有的等价理论、子群方法等共振计算方法，弥补了其不能获得中子强吸收体准确共振群常数的缺陷；同时改进后的超栅元模型在不损失精度的条件下具有更高的效率。

Description

一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯涉及核反应堆物理计算领域，具体涉及一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法。

背景技术

在核反应堆中子学计算中，通常将连续能量离散为多群能群结构，以提高计算效率。多群共振群常数是每个共振材料的多群共振截面，也是中子扩散或者输运方程中的常系数项，因此精确的共振计算是精确中子学计算的基础。

当代主流共振计算方法，如等价理论、子群方法等，已经可以针对常见的二氧化铀、MOX燃料等进行精确的共振计算。所谓中子强吸收体，是指相比燃料对中子具有更强吸收作用的材料。随着近代核反应堆设计理念发展，以第四代核反应堆AP1000为例，堆芯中布置大量中子强吸收体，用以控制燃料反应性，展平堆芯功率分布。中子强吸收体中，如银-铟-铬控制棒、三氧化二钆(Gd₂O₃)，自身也具有很强的共振自屏效应，因此也需要进行共振自屏计算获得共振群常数。研究表明，等价理论、子群方法、全局-局部共振计算方法等都无法针对中子强吸收体获得准确的共振群常数。

发明内容

为了弥补现代共振计算方法无法准确处理中子强吸收体共振自屏效应的缺陷，本发明目的在于提供一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法，本发明首先针对中子强吸收体构建改进超栅元模型，然后求解一维圆柱中子慢化方程，从而获得精确的共振群常数。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案予以实施：

一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法，该方法主要包括构建改进超栅元模型和求解中子慢化方程，具体方法包括以下步骤：

步骤1：针对实际计算的对象，获得中子强吸收体栅元以及周围栅元的材料组成、几何和温度信息；

步骤2：基于步骤1中获得的信息，首先将中子强吸收体栅元依据体积守恒转化为一维圆柱形状的中子强吸收体等效栅元，在等效栅元外面包上由周围8个燃料栅元构成的附加层，该附加层从内向外依次为：水-包壳-气隙-燃料-气隙-包壳-水，形成组合后模型；然后对组合后模型内相邻的非共振区域依据体积守恒作均匀化处理，从而构建起超栅元模型；

步骤3：基于步骤2中构建的超栅元模型，将其拆分为三个一维圆柱栅元，第一个一维圆柱栅元是将超栅元内所有中子强吸收体材料均匀化处理，第二个一维圆柱栅元是将中子强吸收体等效栅元内所有中子强吸收体材料均匀化处理，第三个一维圆柱栅元是中子强吸收体等效栅元；上述三个一维圆柱栅元组成了改进超栅元模型；

步骤4：对步骤3中组成改进超栅元模型的每个一维圆柱栅元，利用超细群计算方法得到每个一维圆柱栅元对应的共振群常数；则中子强吸收体的共振群常数计算公式为：

式中：

——第一个一维圆柱栅元共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

——第二个一维圆柱栅元共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

——第三个一维圆柱栅元第i环的共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

σ_x,g,k,i——中子强吸收体第i环的k共振核素的第g能群x反应道的共振群常数。

与等价理论、子群方法等共振计算方法相比，本发明有如下创新点：

1.由于准确考虑了燃料对中子强吸收体能谱的影响，本发明解决了等价理论、子群方法不能精确获得中子强吸收体共振群常数的缺点。

2.本发明通过将超栅元模型拆分为三个简单的一维圆柱栅元，构建改进超栅元模型，在不损失精度的条件下提高了计算效率。

附图说明

图1为针对中子强吸收体的超栅元模型构建示意图。

图2为改进超栅元模型构建示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明方法主要包括构建超栅元模型和利用超细群共振计算方法获得共振群常数。针对中子强吸收获得共振群常数的方法具体实施方式如下：

1、针对实际计算的对象，获得中子强吸收体栅元以及周围栅元的材料组成、几何、温度等信息；

2、基于步骤1中获得的信息，首先将中子强吸收体栅元依据体积守恒转化为一维圆柱形状的中子强吸收体等效栅元，在等效栅元外面包上由周围8个燃料栅元构成的附加层，该附加层从内向外依次为：水-包壳-气隙-燃料-气隙-包壳-水，形成组合后模型；然后对组合后模型内相邻的非共振区域依据体积守恒作均匀化处理，从而构建起图1所示的超栅元模型；

3、基于步骤2中构建的超栅元模型，将其拆分为三个一维圆柱栅元；第一个一维圆柱栅元是将超栅元内中子强吸收体材料均匀化处理，第二个一维圆柱栅元是将中子强吸收体等效栅元内中子强吸收体材料均匀化处理，第三个一维圆柱栅元是中子强吸收体等效栅元。上述三个栅元组成了图2所示的改进超栅元模型；

4、对步骤3中组成改进超栅元模型的每个一维圆柱栅元，利用超细群计算方法得到每个一维圆柱栅元对应的共振群常数。则中子强吸收体的共振群常数计算公式为：

式中：

——第一个栅元共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

——第二个栅元共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

——第三个栅元第i环的共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

σ_x,g,k,i——中子强吸收体第i环的k共振核素的第g能群x反应道的共振群常数。

Claims (1)

1.一种针对中子强吸收体获得共振群常数的方法，其特征在于：所述中子强吸收体，是指相比燃料对中子具有更强吸收作用的材料，该方法包括构建改进超栅元模型和求解中子慢化方程，具体方法包括以下步骤：

步骤1：针对实际计算的对象，获得中子强吸收体栅元以及周围栅元的材料组成、几何和温度信息；

步骤2：基于步骤1中获得的信息，首先将中子强吸收体栅元依据体积守恒转化为一维圆柱形状的中子强吸收体等效栅元，在等效栅元外面包上由周围8个燃料栅元构成的附加层，该附加层从内向外依次为：水-包壳-气隙-燃料-气隙-包壳-水，形成组合后模型；然后对组合后模型内相邻的非共振区域依据体积守恒作均匀化处理，从而构建起超栅元模型；

步骤3：基于步骤2中构建的超栅元模型，将其拆分为三个一维圆柱栅元，第一个一维圆柱栅元是将超栅元内所有中子强吸收体材料均匀化处理，第二个一维圆柱栅元是将中子强吸收体等效栅元内所有中子强吸收体材料均匀化处理，第三个一维圆柱栅元是中子强吸收体等效栅元；上述三个一维圆柱栅元组成了改进超栅元模型；

步骤4：对步骤3中组成改进超栅元模型的每个一维圆柱栅元，利用超细群计算方法得到每个一维圆柱栅元对应的共振群常数；则中子强吸收体的共振群常数计算公式为：

式中：

——第一个一维圆柱栅元共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

——第二个一维圆柱栅元共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

——第三个一维圆柱栅元第i环的共振核素k的第g能群x反应道的共振群常数；

σ_x,g,k,i——中子强吸收体第i环的k共振核素的第g能群x反应道的共振群常数。

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