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求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法

李捷 李云召 吴宏春 郑琪

李捷, 李云召, 吴宏春, 等. 求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 016009. doi: 10.11884/HPLPB201830.170242
引用本文: 李捷, 李云召, 吴宏春, 等. 求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 016009. doi: 10.11884/HPLPB201830.170242
Li Jie, Li Yunzhao, Wu Hongchun, et al. Weighted Monte Carlo solution of neutron kinetics equations[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 016009. doi: 10.11884/HPLPB201830.170242
Citation: Li Jie, Li Yunzhao, Wu Hongchun, et al. Weighted Monte Carlo solution of neutron kinetics equations[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 016009. doi: 10.11884/HPLPB201830.170242

求解中子动力学方程的加权蒙特卡罗方法

doi: 10.11884/HPLPB201830.170242
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11522544

详细信息
    作者简介:

    李捷(1994—), 男,硕士,主要从事核反应堆物理分析研究

    通讯作者:

    李云召(1984—), 男,副教授,主要从事中子输运/扩散理论及其数值计算方法、压水堆堆芯物理计算方法研究与程序开发; yunzhao@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL327

Weighted Monte Carlo solution of neutron kinetics equations

  • 摘要: 为了实现基于蒙特卡罗方法的中子动力学计算,在传统的直接蒙特卡罗动力学方法的基础上,提出了一种加权蒙特卡罗动力学方法。该方法通过引入粒子权重的概念,隐式考虑中子俘获反应和裂变反应过程中中子数目的变化,避免了模拟粒子的数目随时间的变化,降低了统计偏差,消除了程序计算过程中粒子的存库操作,提高了计算精度。基于单能点堆模型,开发了中子动力学计算程序NECP-Dandi,进行了大量数值验证与分析,包括无缓发中子、单组缓发中子、六组缓发中子、正阶跃反应性引入、负阶跃反应性引入、正脉冲反应性、负脉冲反应性和正线性反应性引入等情况。数值结果表明,相比于直接蒙特卡罗动力学方法,加权蒙特卡罗动力学方法在计算结果的精度和计算效率上有较为明显的改进,程序结构更为简洁。
  • 图  1  算例1中子密度与缓发中子先驱核密度的数值结果

    Figure  1.  Numerical results in case 1

    图  2  算例3中子密度与缓发中子先驱核密度的数值结果

    Figure  2.  Numerical result in case 3

    图  3  算例4中子密度与缓发中子先驱核密度的数值结果

    Figure  3.  Numerical result in case 4

    图  4  算例6中子密度与缓发中子先驱核密度的数值结果

    Figure  4.  Numerical results in case 6

    图  5  算例10的中子密度数值结果

    Figure  5.  Neutron density in case 10

    图  6  算例11中子密度与第二组缓发中子先驱核密度的数值结果

    Figure  6.  Part of numerical results in case 11

    表  1  11个测试算例

    Table  1.   Definition of 11 test cases

    case No. of precursor group reactivity insertion duration of insertion/ms No. of initial particle/106
    1 1 0 1 2500
    2 6 0 1 2500
    3 0 +0.006 5 1 1
    4 0 -0.006 5 1 1
    5 1 +0.006 5 1 2500
    6 1 -0.006 5 1 2500
    7 6 +0.006 5 1 2500
    8 6 -0.006 5 1 2500
    9 6 +0.006 5 0.1 2500
    10 6 -0.006 5 0.1 2500
    11 6 ≈0.03t 100 2500
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    表  2  单群宏观截面

    Table  2.   Macroscopic cross-section utilized in reactivity insertion

    ρ Σt/cm-1 Σs/cm-1 Σf/cm-1 ν v/(cm·s-1)
    0 0.165 258 0.156 187 0.003 657 47 2.48 3.046 655 10×106
    +0.006 5 0.165 258 0.156 187 0.003 681 40 2.48 3.046 655 10×106
    -0.006 5 0.165 258 0.156 187 0.003 633 84 2.48 3.046 655 10×106
    0.65t 0.165 258 0.156 187 0.003 657 47+0.000 109 724t 2.48 3.046 655 10×106
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    表  3  最后一个时间点的统计误差与相对误差

    Table  3.   Largest statistic and relative errors

    No. wMCk aMCk
    δerrR/% δerrS δerrR/% δerrS
    -0.014 6.56×10-4 0.73 9.76×10-3
    5.38×10-6 2.67×10-7 1.91×10-5 5.51×10-7
    3.83×10-3 6.75×10-5 1.06 1.24×10-2
    -3.48×10-3 6.67×10-5 0.559 1.35×10-2
    -0.12 6.62×10-4 0.76 9.44×10-3
    1.40×10-6 2.93×10-7 2.79×10-5 5.97×10-7
    0.098 9 6.62×10-4 1.02 1.01×10-2
    Note: Numbers in the first column correspond to those marked in Figures 1-5.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-15
  • 修回日期:  2017-09-15
  • 刊出日期:  2018-01-15

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