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随着核聚变实验研究的深入,实验装置的功率水平不断提高,核聚变装置的辐射活化分析变得越来越重要。核聚变装置辐射屏蔽设计中的一个重要问题是停机剂量率的计算分析,核聚变实验装置停止以后或实验间歇期间,工作人员需要进入装置内部进行实验测量工作。因此,精确计算实验停止以后聚变装置周围的辐射剂量率水平可以为装置辐射屏蔽系统的设计、实验方案的制定以及工作人员进入装置内部必须等待的时间等提供重要的参考。
本文在充分调研和分析现有停机剂量率计算原理和方法的基础上,开展基于网格计数的停机剂量率计算程序的开发工作。该程序通过将蒙特卡罗三维输运计算程序MCNP与指数欧拉法活化计算程序FISPACT自动耦合,可以快速有效地进行聚变装置三维停机剂量率计算。程序采用基于网格计数的输运计算及活化分析,一方面降低了手工划分栅元的难度,另一方面提高了计算的精确性。
在网格处理方面,本文基于MCNP粒子径迹输出功能,完成了网格平均材料的计算。本文设计实现了源子程序,解决了MCNP通用源卡对源栅元数目限制的问题。此外,本文基于多核刀片式服务器,将多节点多线程并行计算方法应用于停机剂量率计算,大幅度提高了程序的计算效率。
为了验证程序的正确性,本文采用国际热核聚变实验堆ITER最新发布的停机剂量率计算基准例题以及ITER-T426停机剂量率基准实验例题对开发的程序分别进行了校验,校验结果表明了程序的正确性与可用性。