[发明专利]全能谱中子辐照损伤精确模拟系统及其算法

说明书

本发明公开了一种全能谱中子辐照损伤精确模拟系统，该系统主要包括辐照损伤核数据模块、高能物理核反应模块以及辐照损伤计算模块。本系统的算法包括以下步骤：第一步输入中子通量、材料成分或者选择固定的辐照环境；第二步，将中子通量、材料成分数据输入辐照损伤核数据以及高能物理核反应模块，进行辐照损伤截面调用与计算，生成指定核素全能谱的中子辐照损伤DPA及气体产生截面；第三步，根据第二步调用或计算的中子辐照损伤截面，输入到辐照损伤计算模块，结合材料的辐照时间以及中子通量、材料成分，实现在任意辐照环境下的全能谱中子辐照损伤精确计算。本发明所涉及的系统可以充分满足多种核能系统的辐照损伤计算与模拟。

技术领域

本发明涉及材料辐照损伤计算、核反应理论分析领域，特别是涉及一种全能谱中子辐照损伤精确模拟系统及其算法。

背景技术

费米曾指出“核技术的成败将强烈地取决于材料在反应堆中强辐射场下的行为”，材料问题是反应堆研究中亟待解决的问题之一，核反应堆的发展证实了此言。早期，锆合金包壳的结构、氢化和穿孔造成大量放射性泄漏，影响了核电站发展的进程。70年代，二氧化铀燃料的辐照密实引起燃料棒弯曲、破损，一度使核电站中止运行。直到目前，有芯块和包壳相互作用导致的燃料棒破损影响着核电站的经济性和安全性，该问题仍在深入研究。对于聚变堆、加速器驱动次临界堆ADS等先进核能系统，其高能中子对材料产生的辐照损伤更为严重，这些材料的抗辐照性能直接决定了反应堆的安全以及使用寿命。

为了研究材料辐照损伤问题，找到一个真实的环境进行辐照实验最为理想。但是开展材料的辐照损伤实验研究存在以下问题：运行费用昂贵，代价高；难以找到真实的运行辐照环境，如聚变堆、ADS等；替代辐照实验存在较大偏差等，因此采用可靠数值模拟计算的方法来从理论上推算反应堆中子的辐照损伤和辐照效应变得尤为重要。即使用计算机模拟程序计算材料的辐照损伤，获得大量的辐照损伤数据，也能为反应堆材料的设计与研究提供重要的参数。

在材料辐照损伤计算程序方面，目前国内还没有成熟的程序与计算系统，在国际上比较典型的中子辐照损伤计算程序，主要有日本的NPRIM程序、美国的SPECTER/SPCOMP等程序，可以计算材料的平均原子离位DPA(Displacement Per Atom)、氢气产生、氦气产生等。但是这些程序还存在所支持的辐照环境有限、无法模拟20MeV以上的高能辐照损伤计算等问题。尤其对于加速器驱动次临界堆ADS等先进核能系统，其中子能量上限高达缺数值GeV，而20MeV以上中子引发的结构材料的辐照损伤也更为严重，如果在模拟计算中缺少对ADS结构材料在20MeV以上的高能辐照损伤计算，将会影响ADS堆结构材料设计寿命的评估精度。因此，需要建立一个满足反应堆全能谱，支持热堆、快堆、聚变堆、ADS等核能系统的辐照损伤计算系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是建立一种可以精确模拟全能谱的中子辐照损伤计算系统及其算法，便于进行精确地中子辐照损伤模拟与计算，可以实现不同能谱下的中子辐照损伤计算，为压水堆、快堆、聚变堆、ADS等核能系统的材料辐照损伤精确模拟提供可靠的计算工具。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种全能谱中子辐照损伤精确模拟系统，包括辐照损伤核数据模块、高能物理核反应模块、辐照损伤计算模块；

辐照损伤核数据模块用于产生材料200MeV以下的核数据库，包括DPA截面、气体产生截面；

高能物理核反应模块进行高能核反应截面的计算，生成指定材料200MeV以上的DPA截面、气体产生截面；

辐照损伤计算模块根据高能中子与材料发生核反应的特点进行理论计算。