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《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》 2018年
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基于模型转换技术的蒙特卡洛耦合燃耗计算方法研究

李金阳  
【摘要】:核能在全世界的能源体系中占有重要的地位。然而随着核能的发展,核工业所面临的重要挑战之一是如何安全高效处置核电站中的核废料。世界各国根据实际情况提出了符合自身发展的燃料循环战略,分离-嬗变燃料循环是实现核废料最小化,安全高效处置的一种燃料循环模式。先进核能系统的研发目标之一就是如何实现燃料循环的闭合。在过去的十几年间,加速器驱动次临界核能系统(ADS)被认为是在未来最有可能实现工业化嬗变高放废物的装置。ADS是一种具有很高固有安全特性的先进核能系统,可以实现将长寿命的裂变产物(LLFPs)和次锕系核素嬗变成短寿命的裂变产物。在本文中,为了研究ADS的中子学特性,提出了基于模型转换技术的蒙特卡洛耦合燃耗计算方法。该方法包含了两个模块,分别为CAD-PSFO和OMCB。在第一个模型转换模块CAD-PSFO中,针对FLUKA和Open MC程序分别建立了基本几何体类和布尔逻辑体类的映射关系;对于复杂模型所包含的高阶曲面,本文提出了基于射线投掷技术的迭代方法,用来求解其模型转换的问题。在第二个燃耗模块OMCB中,本文采用了线性子链法,以及Bateman方程组与Open MC程序相耦合的方式,用以求解ADS的燃耗问题。为了在燃耗过程中获得较好的计算精度和效果,采用了三种迭代方式和一种收敛准则来进行燃耗链的搜索。与此同时,为了解决Bateman方程组中的无穷项问题,本文提出了基于高阶导数的扫描求解方法。此外,文中引用了混合线性和二次曲线插值方法的子步预测计算方法,使得燃耗求解过程中的截面信息成为时间的变化项。大量的验证分析表明基于模型转换的燃耗计算方法在ADS的模型转换过程和燃耗求解中具有良好的特性。最后,基于上述提出的计算方法,本文对一个铅铋冷却的ADS方案进行了优化设计。该方案中采用了耦合重力驱动的密集流散裂靶系统来替代传统的固态或液态金属散裂靶。模拟过程中,针对散裂靶中大量的敏感参数进行了分析研究。此外,次临界堆芯采用了三区的优化布置,用来减小功率峰因子。ADS堆芯的热功率为10MW,有效满功率运行600天,系统整体的中子学参数分析表现出了良好的特性,并可以为将来ADS的工程设计提供重要的参考价值。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TL329.2

【参考文献】
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