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《中国科学技术大学》 2017年
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基于逆动态法的次临界系统次临界度重构方法研究

张潇湘  
【摘要】:外源驱动次临界系统(如ADS)是一种新型核能系统。在线重构次临界度是ADS反应堆物理的主要研究内容之一。由于ADS具有连续的强外中子源及反应堆处于次临界状态,传统的反应性重构方法面临新的物理问题:外中子源效应问题和空间/能谱效应问题,需要研究次临界状态下的反应性(次临界度)在线重构方法。本文从中子输运理论出发,研究了次临界度重构的基本原理,开展了基于逆动态法的次临界系统次临界度重构方法研究,克服了这两个新问题,实现了次临界系统次临界度的精准在线重构。本文主要研究内容及创新点包括:(1)发展了一种结合外源刻度的次临界逆点动态法,实现了基于核功率的次临界系统次临界度在线重构,充分考虑了次临界度在线重构中的外中子源效应问题。本文针对外源驱动次临界系统的动力学特点,利用次临界稳态核功率及初始次临界度进行外源刻度,开发了次临界逆点动态算法,使用欧盟发布的次临界系统PDS-XADS进行一系列数值验证,测试了覆盖常见次临界度应用范围的多种不同初始次临界度情况下(对应初始Keff在0.97290-0.88991之间)的次临界度重构性能,重构相对误差范围为6.81%~13.12%。结果表明该方法可以有效实现次临界系统次临界度在线重构。(2)提出了一种结合最优空间/能谱响应区间的次临界逆空间动态法,实现了基于中子通量密度的次临界系统次临界度精准在线重构,克服了次临界度在线重构的空间/能谱效应问题。考虑到反应性重构受到空间/能谱效应的影响,本文系统的研究了次临界状态下的空间/能谱效应,预测并验证了次临界度重构的最优空间/能谱响应区间。基于次临界系统PDS-XADS对次临界逆空间动态法进行综合测试验证,实现了基于最优空间/能谱响应区间的中子通量密度进行次临界度的精准在线重构,当初始keff在0.97071时,次临界度重构相对误差在1.0%以内,优于次临界逆点动态法结果(相对误差为6.7%)。综上所述,本文发展了次临界逆点动态法并提出了次临界逆空间动态法,克服了次临界度重构的外中子源效应和空间/能谱效应问题,实现了基于核功率或中子通量密度的次临界度精准在线重构,为外源驱动次临界系统次临界度在线测量提供理论指导。
【关键词】:逆动态法 次临界度重构 外中子源效应 空间/能谱效应
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O571.5
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-12
  • 第一章 引言12-28
  • 1.1 研究背景与意义12-21
  • 1.1.1 核能发展态势及问题12-13
  • 1.1.2 外源驱动次临界系统研究13-15
  • 1.1.3 次临界反应堆物理实验研究15-19
  • 1.1.4 次临界度重构的意义及问题19-21
  • 1.2 国内外研究现状21-25
  • 1.2.1 国内研究现状21-22
  • 1.2.2 国外研究现状22-25
  • 1.3 论文内容和结构25-28
  • 1.3.1 论文内容25
  • 1.3.2 论文结构25-28
  • 第二章 次临界度重构理论基础28-46
  • 2.1 中子输运理论与方法概述28-30
  • 2.1.1 确定论方法28-29
  • 2.1.2 蒙特卡罗方法29-30
  • 2.2 中子动力学理论与计算模型30-37
  • 2.2.1 直接数值计算模型31-32
  • 2.2.2 因子分解模型32-34
  • 2.2.3 模项展开模型34-35
  • 2.2.4 点堆模型35-37
  • 2.3 次临界度重构原理37-46
  • 2.3.1 次临界系统关键物理参数37-39
  • 2.3.2 次临界度重构方法39-46
  • 第三章 结合外源刻度的次临界逆点动态法研究46-62
  • 3.1 次临界逆点动态法基本原理46-49
  • 3.1.1 初始次临界度的确定47-48
  • 3.1.2 初始外源的确定48-49
  • 3.2 算法设计与实现49-51
  • 3.2.1 算法设计49-50
  • 3.2.2 程序输入/输出50-51
  • 3.3 基准校验与分析51-61
  • 3.3.1 临界算法验证51-54
  • 3.3.2 次临界算法验证54-61
  • 3.4 小结61-62
  • 第四章 次临界状态下的空间/能谱效应研究62-78
  • 4.0 最优空间/能谱响应区间基本描述62-63
  • 4.0.1 最优空间探测位置62-63
  • 4.0.2 最优能谱响应区间63
  • 4.1 最优空间/能谱响应区间预测63-69
  • 4.1.1 理论推导预测63-66
  • 4.1.2 初步理论分析66-69
  • 4.2 基准校验与分析69-76
  • 4.2.1 IAEA ADS基准例题69-71
  • 4.2.2 最优空间/能谱响应区间的确定71-76
  • 4.3 小结76-78
  • 第五章 结合最优空间/能谱响应区间的次临界逆空间动态法研究78-90
  • 5.1 次临界逆空间动态法基本思想78-79
  • 5.2 综合例题校验与分析79-89
  • 5.2.1 时间相关中子通量密度的计算79-81
  • 5.2.2 最优空间/能谱响应区间确定81-86
  • 5.2.3 次临界度在线重构与分析86-89
  • 5.3 小结89-90
  • 第六章 总结与展望90-92
  • 6.1 总结90-91
  • 6.1.1 主要内容90-91
  • 6.1.2 贡献之处(创新)91
  • 6.2 展望91-92
  • 参考文献92-98
  • 致谢98-100
  • 在学期间的发表的学术论文与取得的其他研究成果100
  • 本人参与项目100

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