基于IQS/MC方法的ADS次临界反应堆中子时空动力学模拟研究

摘要

加速器驱动次临界反应堆（ADS）主要由散裂靶、加速器质子束流及次临界反应堆三者构成，与传统反应堆相比，ADS次临界系统由于外中子源的存在极大地增加了次临界堆芯功率分布的非均匀性和堆内中子学过程的复杂性。本文将蒙特卡罗输运理论应用到加速器驱动次临界反应堆中子时空动力学计算的时空变量分离方法框架之中，采用改进准静态近似与蒙特卡罗中子输运程序相结合的(IQS/MC)方法，对于带外源的ADS次临界反应堆中子动力学过程，形状函数、动力学参数由蒙特卡罗程序计算得到，幅度函数与集总参数热工反馈模型进行耦合计算，并开发了ADS次临界系统IQS/MC模拟计算程序可视化操作平台，该平台包含蒙特卡罗程序、动力学参数计算模块、IQS动力学模块、热工反馈模块、控制接口程序，能实现瞬态分析计算流程的自动计算和分步人机交互。基于此平台对ADS参考方案物理模型进行束流倍增、燃料组件提升、失束流及无保护失流工况的瞬态模拟分析。通过对束流瞬变引入和燃料组件提升两种工况进行动态模拟，计算得到了堆芯总的相对功率、分能群相对中子注量率及相对功率三维网格分布随时间的变化。将IQS/MC方法计算的相对功率结果与点堆模型计算结果进行了对比分析，模拟结果符合物理规律，两种方法对比结果与国外相关文献一致，验证了IQS/MC方法适用于ADS中子时空动力学模拟。通过断束流和无保护失流工况的动态模拟，得到堆芯分能群的相对中子注量率网格分布随时间的变化以及堆芯总的相对功率、燃料温度及冷却剂出口温度随时间的变化曲线。由计算结果可知，在ADS中子时空动力学计算中，当束流中断时，堆芯相对功率能够对其作出瞬间的响应，而燃料温度和冷却剂出口温度随时间的变化趋势基本相同，但冷却剂出口温度对时间的响应慢于燃料温度对时间的响应。综上所述，在ADS中子动力学计算中采用点堆动力学模型会对相对功率造成低估，不利于反应堆安全，而IQS/MC方法可避免这一问题，因此更适于ADS中子学瞬态安全分析。

目录

声明

第1章引言

1.1 研究背景

1.2 ADS嬗变系统

1.3 国内外ADS发展现状及趋势

1.4课题研究方向与论文主要内容

第2章 用于ADS中子时空动力学模拟的IQS/MC方法

2.1 IQS/MC方法理论依据

2.2 IQS/MC方法计算功能的实现及计算流程

第3章ADS次临界系统中子时空动力学IQS/MC模拟分析计算平台

3.1 开发环境及说明

3.2 计算平台介绍

第4章 ADS计算模型及参数

4.1 模型及物理参数

4.2 能群划分

4.3 中子动力学参数计算

4.4 热工计算

第5章ADS次临界堆芯瞬态模拟

5.1束流倍增工况

5.2 燃料组件提升工况

5.3 失束流工况

5.4 无保护失流工况

第6章 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读硕士学位期间发表论文