专利名称：一种反应堆设计方法
技术领域：
本发明属于反应堆设计的方法，具体涉及采用蒙特卡罗方法计算反应堆的两个重要动态参数——缓发中子有效份额(β eff)和中子代时间(Λ )，并将其应用于反应堆设计的方法。
背景技术：
缓发中子有效份额(β eff)和中子代时间(Λ )是反应堆设计任务所必须的两个动态参数，它们对于反应堆的瞬态特性分析十分重要。近年来，和Λ的计算越来越多的采用蒙特卡罗(蒙卡)方法，这是因为蒙卡方法具有物理图像直观、可描述任意几何等传统计算方法不具备的优点。但是，连续点截面的蒙特卡罗方法不能直接求解β eff和Λ定义式中的通量伴随函数，因此在反应堆设计任务中，使用蒙卡方法计算动态参数仍存在着困难，同时也是反应堆设计工作一直想攻克的难题。计算缓发中子有效份额Prff和Λ的蒙卡方法主要有以下几种(1)构造通量伴随函数的替代函数。例如Nauchi提出用裂变产生的下一代中子数来代替中子伴随函数，从而计算β eff和Λ ; (2)微扰法,例如Nagaya和B. Verboomen根据相应的微扰理论分别计算出运砠和Λ。(3)其它方法,包括计算β μ的k本征值法和计算Λ的瞬发中子密度衰减法等。这些方法或者需要增加复杂的抽样，不易实现，或者存在着较大误差，难以满足反应堆设计的动态参数计算要求。基于上述原因，在反应堆设计任务中，采用蒙卡方法计算β rff和Λ方面还存在问题，为了建立具有自主知识产权、实现方便且计算结果可靠的蒙卡方法。本发明从微扰理论和瞬发动力学理论出发，成功研制了计算和Λ的可靠稳定的蒙卡方法，并将其用于反应堆的设计工作。
发明内容
本发明目的在于提供一种实现方便、结果可靠的计算Prff和Λ的蒙卡方法用于反应堆设计，解决了目前采用蒙卡方法计算和Λ的难以实现或者计算误差大的问题。一种反应堆设计的方法，其特殊之处在于I根据已有基准反应堆测量裂变核素的缓发中子产额，并写入数据库中，具体如下1.1在已有基准反应堆中，使用探测器测量缓发中子先驱核的半衰期、中子谱和缓发中子的产额；1. 2将测得的缓发中子产额、缓发中子谱、半衰期按一定格式记入数据库中；2计算缓发中子有效份额Prff，具体如下2.1将数据库中的裂变核素的缓发中子产额修改为测量值的(Ι+a)倍形成新的数据库，使用新的数据库计算出对应的反应堆有效增殖因子k(a)，并计算出采用原始数据库的反应堆有效增殖因子k (O)；
2. 2根据泰勒展开，采用数值微分方法，由k(a)的值计算出有效增殖因子k(a)在O点处的导数k’ (O)kr (O) = (k(a)_k(-a))/2a ；2. 3根据k(0)和k’(0)，利用微扰公式计算出缓发中子有效份额β eff β^· =j^k'
2.1有效增殖因子计算使用原始数据库计算出反应堆的有效增殖因子k(0)，再将数据库中的缓发中子产额的测量值修改成原先的(I+a)倍和(1-a)倍，使用新数据库求出反应堆的有效增殖因子k (a)和 k (~a)。。2. 2由数值微分的方法计算k (a)在O点处的导数k’ (O)采用数值微分的方法求出k’(0)，如采用二阶泰勒展开，可以得到k’ (O)计算公式
权利要求
1. 一种反应堆设计方法，其特征在干 I根据已有基准反应堆测量裂变核素的缓发中子产额，并写入数据库中，具体如下 . 1.1在已有基准反应堆中，使用探测器测量缓发中子先驱核的半衰期、中子谱和缓发中子的产额； .1.2将测得的缓发中子产额、缓发中子谱、半衰期按一定格式记入数据库中； .2计算缓发中子有效份额Prff，具体如下 .2.1将数据库中的裂变核素的缓发中子产额修改为测量值的(1+a)倍形成新的数据库，使用新的数据库计算出对应的反应堆有效增殖因子k(a)，并计算出采用原始数据库的反应堆有效增殖因子k (O)； .2.2根据泰勒展开，采用数值微分方法，由k(a)的值计算出有效增殖因子k(a)在0点处的导数k’ (0) k' (0) = (k (a) -k (-a)) /2a ； .2.3根据k(0)和k’(0)，利用微扰公式计算出缓发中子有效份额Prff: p—-k'(0); f !ii A-(O) .3计算中子代时间A，具体如下； . 3.1使用蒙卡程序，计算出仅考虑瞬发中子的反应堆有效增殖因子kp，由公式Pp=(l-l/kp)计算出反应性Pp; . 3.2采用标准源，使用蒙卡程序记录反应堆中子通量密度随时间变化曲线，并以指数公式拟合曲线，得到a值，所述指数公式为Mt) = ct^xp(Cit),式中的小。和Mt)分别是开始拟合时刻和t时刻的中子通量密度； .3.3由计算公式A = p p/ a计算出中子代时间A ； .4由计算出的參数Peff和A，结合动态分析模型，计算反应堆重要參数包括功率和最高温度随时间的变化，并由计算结果判断反应堆是否符合设计标准；如果反应堆不符合设计标准，则通过调整堆芯水铀比、堆芯体积、反射层材料和厚度来调整Peff和A，重复步骤2和3，直至根据Peff和A值计算出的重要參数符合反应堆的设计标准。
全文摘要
本发明一种反应堆设计方法，包括首先测得缓发中子产额并写入数据库中，然后计算出缓发中子有效份额和中子代时间，再计算反应堆的动态特性，直到符合设计标准等步骤。本发明不受反应堆堆型、堆芯材料等的限制，可以广泛应用在各种类型的反应堆上，不需要修改蒙卡源程序，具有良好的可实现性。
文档编号G06F17/50GK103049610SQ20121055862
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者张良, 赵柱民, 陈伟, 江新标, 陈立新, 张信一, 郭和伟, 朱养妮 申请人:西北核技术研究所