【摘 要】
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本文系统介绍了“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”国家科技重大专项课题“C A P1400数值反应堆关键技术研究”的主要研究成果.课题首先分别开发了基于确定论方法和蒙特卡罗方法的高保真堆芯物理计算程序,然后开发了pin-by-pin先进子通道分析程序和基于精细网格的燃料棒性能分析程序,以此为基础建立了物理-热工-燃料性能多物理耦合的CAP1400数值反应堆系统.利用国际基准题VERA、A P1000启动物理实验参数对数值反应堆系统进行了验证和确认,并进一步实现了C A P1400大型先进压水堆的启动物理参
【机 构】
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西安交通大学 核科学与技术学院,陕西 西安 710049;北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088;上海核工程研究设计院有限公司,上海 200233;中物院高性能数值模拟软件中心,北京 100
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本文系统介绍了“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”国家科技重大专项课题“C A P1400数值反应堆关键技术研究”的主要研究成果.课题首先分别开发了基于确定论方法和蒙特卡罗方法的高保真堆芯物理计算程序,然后开发了pin-by-pin先进子通道分析程序和基于精细网格的燃料棒性能分析程序,以此为基础建立了物理-热工-燃料性能多物理耦合的CAP1400数值反应堆系统.利用国际基准题VERA、A P1000启动物理实验参数对数值反应堆系统进行了验证和确认,并进一步实现了C A P1400大型先进压水堆的启动物理参数、循环模拟分析和部分功率能力分析的示范应用.数值结果表明,所开发的数值反应堆关键分析软件具有很高的计算精度,可直接服务于CAP1400的设计验证、物理启动和运行支持.
其他文献
SHARK程序是由中国核动力研究设计院新近研发的基于全堆芯确定论非均匀输运理论体系的数字化反应堆软件.该软件从多群数据库的截面与共振数据出发,采用改进子群方法刻画有效共振截面的复杂非均匀效应,采用二维/一维或准三维特征线方法开展堆芯层面非均匀输运计算.目前该程序的定态微观问题计算能力已建立完毕.数值结果显示,SHARK程序对于商用压水堆相关基准问题具有良好的计算精度和效率.
针对各种研究堆、实验堆以及新型反应堆中广泛应用的复杂几何燃料的共振计算难题,本文基于全局-局部耦合策略开展了可处理复杂几何燃料的等效几何共振计算方法研究.针对复杂几何燃料的孤立问题,基于燃料的逃脱概率守恒,建立了复杂几何燃料模型的等效一维圆柱(或平板)燃料模型;基于燃料到外围结构材料区的碰撞概率守恒,获得了燃料外围结构材料的等效尺寸;根据复杂几何燃料的丹可夫因子守恒,建立了等效一维圆柱(或平板)燃料外围的慢化剂尺寸;针对等效一维圆柱(或平板)燃料模型,采用伪核素子群方法进行了有效自屏截面计算.将该方法应用
利用M ELCOR程序对小型船用堆稳压器喷雾除气过程及停堆过程进行建模,进而模拟核动力装置从功率运行至降功率除气,以及除气结束后停堆消除稳压器气腔的全部物理过程.通过对反应堆关键运行参数变化趋势的仿真分析,验证了模拟的物理过程的合理性.结合建立的除气及停堆仿真模型,计算分析了包壳破损状态下,稳压器喷雾除气、停堆过程对稳压器内惰性气体含量的影响,评估了稳压器高点放气和喷雾除气对放射性物质的去除作用.研究结果能为小型堆包壳破损状态下放射性安全管理策略提供指导和帮助.
对基于不同渐进失效准则计算复合材料层合板螺栓连接接头极限承载力的高精度预报方法展开研究.基于Abaqus有限元软件,采用USDFLD子程序对接头进行渐进失效分析.分别采用最大应力准则、蔡-希尔失效判据、霍夫曼失效准则、蔡-吴失效准则、哈辛失效准则等5种失效准则进行数值计算.建立不同的场变量描述纤维、基体、界面的损伤状态,研究复合材料层合板螺栓连接接头在拉伸载荷作用下的损伤发展过程.研究表明,基于这5种失效准则计算的有限元仿真结果均与试验值较为接近,其中采用纤维失效和基体失效分开考虑的哈辛失效准则计算的复合
研发了一款佩戴在手指上用于实时测量人员手部剂量率和总剂量的皮肤定向剂量当量率仪,实现了对能量范围8～250 keV、剂量率范围1μSv/h～1 mSv/h的X/γ射线的实时测量,同时还具有超剂量阈值报警功能.剂量率仪包括探头、中继器和主机部分,探头包括Si-PIN探测器和电荷灵敏前置放大专用集成电路,主机包括控制电路、显示屏和报警器.通过实验和理论计算研究了基于Monte Carlo模拟的补偿片设计,实现了尺寸为2 cm×1 cm×0.5 cm的微型探头,能直接佩戴在手指上实现实时测量.在国防科技工业电离
由于核能的特殊性,自设计建造第一座核反应堆起,就没离开过数值模拟,而且随着计算技术的不断发展,这种实体反应堆与数值模拟之间的关系越加紧密,直至近年来“数值反应堆”概念的出现.在2015 年的中国核动力研究设计院重点实验室学术年会上,本人曾在“反应堆物理计算的挑战与对策”报告中提出“高保真”数值模拟时代已经到来.
ALPHA是哈尔滨工程大学核动力仿真研究中心研发的基于异构系统的三维高保真堆芯中子输运计算程序.ALPHA程序基于性能优化的二维特征线装载图形处理单元(GPU)并行计算核心,基于MPI+CUDA混合编程模型实现粗细粒度的异构系统多节点并行并应用通信掩盖优化.ALPHA的共振计算模型采用原创的细群-子群二级离散策略并采用多群求解核心适配异构系统.ALPHA采用MOC-EX实现三维全堆芯中子输运异构并行计算及GPU并行的粗网有限差分加速.数值结果表明,ALPHA程序在保证计算精度的前提下,具备较高的并行效率和
本文针对蒙特卡罗临界计算,提出了一种具有动态负载平衡能力的粒子权重调节算法.该算法在每次源迭代初始,将模拟粒子总权重均分到每个进程上,在保证每个进程本地权重恒定的前提下,分别调节不同进程的粒子出生权重,实现了源迭代过程中进程间计算的动态负载平衡.与M aster-Slave、Nearest Neighbor等算法进行比对,发现此算法加速效果更好.将此算法集成到JMCT程序中,通过BEAVRS基准题测试了并行效率,相对于128进程,4800进程弱可扩和强可扩展并行效率分别可达92.54％ 和81.47％.
为验证亚禁带光照对电流型碲锌镉(CZ T)探测器伽马灵敏度性能优化的可行性,利用钴源装置开展了亚禁带光照对CZT探测器伽马灵敏度影响规律研究.结果表明:在稳态γ射线辐照条件下,CZT探测器输出电流随时间的变化曲线(标定电流曲线)存在前沿过冲现象.这一现象主要与晶体内深能级陷阱对载流子的去俘获过程有关.利用亚禁带光照能调控晶体内深能级陷阱的占据份额,消除CZ T探测器标定电流曲线的前沿过冲,实现探测器性能优化.当亚禁带光(850 nm)在CZ T探测器中引入的光照电流为33.0 nA、工作电压为200 V时
重反射层的应用可提高反应堆中子经济性,其结构和中子吸收特性均与压水堆常规围板/反射层差异较大,因此对核设计程序的计算分析能力提出了新的要求.为分析重反射层建模方案对堆芯中子学计算结果的影响,使用先进中子学程序SCAP-N和确定论堆芯高保真模拟程序NECP-X对压水堆重反射层问题进行了高保真模拟,分析了5种反射层建模方案下计算结果的差异,并将高精度计算结果与商用核设计程序系统进行了对比.数值结果表明,重反射层水洞内冷却剂温度变化对计算结果影响较小;相较精确建模方案,重反射层铁水打混建模方案造成的反应性计算偏