[发明专利]一种高填充率弥散颗粒的中子学等效建模方法及装置

说明书

本发明提供一种高填充率弥散颗粒的中子学等效建模方法及装置，方法包括：计算颗粒等效后的最大外半径；保持颗粒的核芯直径不变的前提下，计算颗粒的包覆层的最大压缩比例；根据设定的压缩比例，在对颗粒的包覆层尺寸进行压缩后，计算燃料元件等效后的填充率，所述设定的压缩比例小于等于最大压缩比例；调整包覆层材料密度和基体材料密度，以保证等效前后包覆层和基体材料的核子数守恒；采用传统建模方法对等效后的燃料元件进行几何建模和中子学计算。本发明既可以有效避免随机序列增加方法的填充率限制，满足高填充率弥散颗粒的随机分布建模需求，又可以实现反应性等效，保证中子学计算精度。

技术领域

本发明具体涉及一种高填充率弥散颗粒的中子学等效建模方法及装置。

背景技术

高温气冷堆是国际公认的固有安全性高的四代堆型，其采用的包覆型颗粒燃料具有耐高温、放射性裂变产物包容能力强的显著优点，是高温气冷堆安全性高的一大保障。包覆型颗粒包括核芯和包覆在核芯外的包覆层，包覆型颗粒弥散在基体材料中，形成球形或圆柱形的燃料元件。其中，包覆型颗粒可以是燃料颗粒，也可以是毒物颗粒。核芯可以是燃料、可燃毒物等自屏效应强烈的材料，包覆层可以是碳、碳化硅等材料。该类燃料系统的双重非均匀性给中子学计算带来一定的挑战。

为了模拟颗粒在基体中的弥散分布，产生了多种颗粒排布模型，如规则排布模型、随机栅格扰动模型、随机序列增加模型、Metropolis模型等，其中随机顺序增加方法使用最广泛，是最接近真正的随机分布的模型之一。该方法可实现的最大填充率为38％，当填充率接近理论上限38％时，拒绝抽样的概率和整体建模所需时间会显著增加到不可接受。直接采用上述方法，从理论就不能对填充率大于38％的包覆颗粒弥散燃料进行中子学建模。

随着小型模块化高温气冷堆的发展，为了减小堆芯尺寸，提高堆芯燃料装载量，燃料元件中颗粒的填充率逐渐上升，可高达40％-70％，大幅超出随机序列增加方法的应用范围。因此，需要发明一种弥散颗粒的随机分布建模方法，以满足采用高填充率的包覆颗粒弥散燃料系统的中子学计算需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高填充率弥散颗粒的中子学等效建模方法，扩大了随机序列增加方法的应用范围，解决了高填充率下颗粒的随机分布建模问题。还相应提供一种实现该方法的装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种高填充率弥散颗粒的中子学等效建模方法，包括：

1)根据燃料元件的最大允许填充率和实际填充率，计算颗粒等效后的最大外半径；

2)保持颗粒的核芯直径不变的前提下，根据所述颗粒等效后的最大外半径，计算颗粒的包覆层的最大压缩比例；

3)根据设定的压缩比例，在对颗粒的包覆层尺寸进行压缩后，计算燃料元件等效后的填充率，所述设定的压缩比例小于等于最大压缩比例；

4)根据设定的压缩比例，调整包覆层材料密度，根据燃料元件的实际填充率和燃料元件等效后的填充率，调整基体材料密度，以保证等效前后包覆层和基体材料的核子数守恒；

5)采用传统建模方法对等效后的燃料元件进行几何建模和中子学计算。

可选地，颗粒等效后的最大外半径R_outer,max采用式(1)计算所得：

其中，R_outer,0为实际颗粒的外半径；PF_max为燃料元件的最大允许填充率，PF₀为燃料元件的实际填充率。

可选地，所述颗粒的包覆层的最大压缩比例F_max采用式(2)计算所得：