子群共振计算方法研究与改进

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共振计算是获取共振能群有效群截面的必要步骤,目前主流的共振计算方法主要是等价理论方法和子群方法。子群方法虽然计算量大于等价理论方法,但在几何适应性和计算精度上具有优势,随着计算机速度的提升得到了越来越广泛的应用。  本研究围绕子群共振计算方法来开展,对传统子群方法中存在的主要问题进行了有针对性的改进,主要包括:1)采用了适应性更广的IR(intermediate resonance)近似取代了常用的NR(narrow resonance)近似对子群输运方程中的源项进行假设。在IR近似中有一部分散射被视为“无限质量散射”,这部分散射不会导致中子能量的改变,常未引起足够重视。本研究分析认为,这部分散射在多区计算时会影响中子的空间分布从而影响到慢化效应及最终的有效共振截面。据此本研究对它进行了细致的分析考虑,保证其发挥应有的作用。2)提出了带约束的子群参数计算模型,避免了传统方法中子群参数出负的情况。对应的,开发了使用通用数学软件求解该模型的途径。3)通过引入SPH(super homogenues factor)因子,避免了以往使用通量体积权重法归并子群截面时出现的归并前后反应率不守恒问题。4)提出了一套全新的共振干涉修正表的建立和使用方法,并用它取代传统的本底迭代法来处理多核素共振干涉问题。  为对以上理论和算法进行验证,开发了可对一维等效栅元、二维组件进行分析计算的多群确定论程序TPRM。TPRM中整合了等价理论方法和子群方法两种共振计算方法,包含丰富的开关选项,可对各种共振方法的效果进行测试。同时基于ENDF/B-VII.0开发相应的数据库,数据库包括了供MCNP程序使用的连续能量数据库和可供TPRM程序使用的多群数据库,它们在数据来源上具有自洽性。  通过一系列的数值验证,证明了TPRM和数据库的正确性。随后,利用TPRM对多种压水堆工况进行了分析,结果表明传统的子群计算方法在计算精度上存在较大的问题,按照本研究提出的方法进行改进后,有效共振截面的最大误差和系统的误差均降低了约一个量级。在改进后的子群计算方法中,由共振计算导致%误差普遍控制在100pcm(0.1%)以内。“无限质量散射”、SPH因子引入对所带来的改善大约为500个pcm,且在压水堆中它们的效果是大致恒定的。以共振干涉表方法替代本底迭代法所带来的改善是随着燃耗和水铀比的变化而变化的,在压水堆中大致为0~200pcm。  最后本研究将子群方法与传统理论方法进行了比较,从理论上和数值上证明了传统等价理论方法存在着和传统子群方法中类似的问题。对于压水堆栅元问题,它们的计算结果几乎一致。这为进一步改进现行的等价理论方法提供了参考。
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