[发明专利]基于蒙卡临界计算的反应堆全局方差均匀分布的实现方法

说明书

一种基于蒙卡临界计算的反应堆全局方差均匀分布的实现方法，能够在反应堆的整个系统尺度上实现方差的均匀分布，从而提高蒙卡方法进行反应堆临界计算和屏蔽计算的效率与精度。基于该技术能够实现反应堆堆芯物理计算和反应堆屏蔽计算的有效结合，通过一次临界计算完成对反应堆堆芯物理特性和堆外辐射剂量特性的评估，实现源项分析+屏蔽计算的综合一体化建模，为新型反应堆的研发设计提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及的是一种数值反应堆领域的技术，具体是基于蒙特卡罗临界计算的反应堆全局方差均匀分布的实现方法。

背景技术

使用蒙卡算法进行反应堆临界计算和屏蔽计算时，面临着方差不均匀问题，导致各相空间内的计算结果具有不同的置信水平。方差不均匀问题不但降低了蒙卡临界计算和屏蔽计算的精度和效率，还导致使用蒙卡算法进行源项分析+屏蔽计算综合一体化建模不具备可行性。为了有效支撑我国新型反应堆的研发设计，并有效解决方差不均匀问题，需提出一种普适高效的反应堆模拟与分析技术。

发明内容

本发明针对使用蒙卡算法进行反应堆临界计算和屏蔽计算时所面临的方差不均匀问题，提出了一种基于蒙卡临界计算的反应堆全局方差均匀分布的实现方法，能够在反应堆的整个系统尺度上实现方差的均匀分布，从而提高蒙卡方法进行反应堆临界计算和屏蔽计算的效率与精度。基于该技术能够实现反应堆堆芯物理计算和反应堆屏蔽计算的有效结合，通过一次临界计算完成对反应堆堆芯物理特性和堆外辐射剂量特性的评估，实现源项分析+屏蔽计算的综合一体化建模，为新型反应堆的研发设计提供技术支撑。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于蒙卡临界计算的反应堆全局方差均匀分布的实现方法，包括以下步骤：

步骤1：使用蒙卡算法进行反应堆临界计算，通过求解反应堆的输运方程，得到反应堆的动态特性和功率分布，其中：反应堆临界计算需要求解的输运方程为：其中：L、C、S和M分别为泄漏项、碰撞项、散射项和裂变项；k_eff为系统的有效增殖系数；ψ是中子通量分布。

为了实现反应堆的屏蔽计算，所述的输运方程进一步包括求解光子的输运方程，即进行中子-光子耦合输运模拟。在中子-光子耦合输运模拟过程中，中子会产生光子，光子也会产生中子。当已知裂变源分布，可以实现对中子通量和光子通量的同时计算，从而高保真地评估反应堆的辐射剂量。

所述的反应堆临界计算是指：采用裂变源迭代法来进行临界计算，相邻计算代之间存在着强耦合关系，即：S⁽ⁱ⁺¹⁾＝H·S⁽ⁱ⁾，其中：S⁽ⁱ⁾是第i代的裂变源分布；S⁽ⁱ⁺¹⁾是第i+1代的裂变源分布；H是迭代算符；每个计算代都会得到一组计算结果，即：使用该计算代的粒子输运历史来统计该计算代内的物理量，即其中：为第k代的计算结果；为第k代的第i个粒子历史；M是每代模拟的总粒子数。

所述的反应堆临界计算得到的结果是多个计算代结果的平均值，即：其中：是蒙卡临界计算最终的计算结果；N是模拟的总代数，标准偏差为其中：即样本间的波动性会直接影响蒙卡临界计算结果的置信度，为了提高蒙卡临界计算精度的同时提升蒙卡屏蔽计算的效率，需要抑制各计算代间的波动性，即进行全局减方差。

步骤2：在非活跃代中构建蒙卡临界计算过程中相邻计算代间的耦合响应关系，即在裂变源迭代过程中迭代更新用来控制粒子的输运历史的权窗参数和用来控制裂变源的抽样过程并直接决定粒子的初始权值的源偏倚参数，具体为：