专利名称：一种获取聚变堆实验包层模块中子学参数的方法
技术领域：
本发明涉及聚变堆实验包层模块Test Blanket Module (TBM)中子学分析领域，具体涉及ー种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法。
背景技术：
聚变堆是利用可控核聚变持续输出能量的装置。在现在的设计当中，聚变堆的主体结构为包层，由数百个单独的包层模块(TBM)组成，氘和氚在包层围成的空腔中完成可控核聚变反应释放能量。TBM中子通量分布和产氚比(TBR)、产氚率、中子辐照损伤DPA、气肿胀等相关參数称为中子学參数，获取这些參数的过程称中子学分析，中子学分析对聚变堆的设计建造有重要意义。由于聚变堆仍在设计当中，所以现阶段只能通过数值计算方法得到TBM中子学分析結果。目前国内外对实验包层模块进行中子学分析最广泛的工具是基于蒙塔卡罗方法的MCNP程序。蒙塔卡罗方法是ー种以概率统计理论为指导的数值方法，使用随机数来解决计算问题。MCNP程序以蒙塔卡罗方法为基础，利用计算机直接模拟中子和原子核作用的随机物理过程。依据作用过程的概率进行随机抽样得到作用后的中子位置、速度和方向，这样模拟大量中子行为后，经过统计就能获得中子在物质中的分布情况。因此，MCNP程序的结果与统计的样本数密切相关，需要投入大量的中子数，才能得到较为准确的结果，这使得MCNP程序的计算效率非常低。而现阶段对聚变堆的建造和前期物理机制探索分析往往需要大量、多次的中子学分析计算，在现在的计算条件下，使用MCNP程序进行这些计算依然十分耗时；同时MCNP程序也较难得到客体中精细的中子通量空间分布和角度分布。基于此，有必要提供一种高效率，高精度的中子学分析方法。同时由于TBM复杂几何的特点和聚变堆中子各向异性较强的特点，这种方法还应该同时具有高的几何适应性和各向异性散射截面处理能力。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，能够得到TBM内部的各项中子学參数:中子通量分布、TBR、产氚率、DPA和气肿胀，效率高、精度高；从而对聚变堆的建造设计提供具有指导、參考意义的結果。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:—种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，采用两步法，具体方法如下:步骤1:将聚变堆实验包层模块按照其轴向几何特点，将轴向上几何、材料相同的部分分割为同一区，这样可将包层模块分割为数个“典型栅元”，在每个“典型栅元”上利用特征线计算模块求解中子输运方程，得到细群中子通量分布，然后利用得到的中子通量分布在每个“典型栅元”内采用均匀化模块按照通量体积权重进行均匀化，得到粗群截面參数；步骤2:将步骤I得到的各“典型栅元”的粗群截面參数作为已知參数，在整个聚变堆实验包层模块尺寸上计算全聚变堆实验包层模块的中子通量分布，并进ー步计算各项中子学參数。步骤1所述的特征线计算模块采用特征线方法MOC求解中子输运方程，能够处理Pl散射截面，利用AUTOCAD软件生成特征线信息。步骤I所述的均匀化模块采用的公式如下式(1) (5):
权利要求
1.一种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，其特征在于:采用两步法，具体方法如下: 步骤1:将聚变堆实验包层模块按照其轴向几何特点，将轴向上几何、材料相同的部分分割为同一区，这样可将包层模块分割为数个“典型栅元”，在每个“典型栅元”上利用特征线计算模块求解中子输运方程，得到细群中子通量分布，然后利用得到的中子通量分布在每个“典型栅元”内采用均匀化模块按照通量体积权重进行均匀化，得到粗群截面參数； 步骤2:将步骤I得到的各“典型栅元”的粗群截面參数作为已知參数，在整个聚变堆实验包层模块尺寸上计算全聚变堆实验包层模块的中子通量分布，并进ー步计算各项中子学參数。
2.根据权利要求1所述的ー种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，其特征在干:步骤I所述的特征线计算模块采用特征线方法MOC求解中子输运方程，能够处理Pl散射截面，利用AUTOCAD软件生成特征线信息。
3.根据权利要求1所述的ー种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，其特征在于:步骤I所述的均匀化模块采用的公式如下式(I) (5):
4.根据权利要求1所述的ー种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，其特征在干:步骤2所述的计算全聚变堆实验包层模块的中子通量分布采用简化球谐函数法SPN，具体为:首先在ー维平板几何下中子输运方程用球谐函数展开，然后将方程中的微分算子$直接替换为三维坐标下的梯度▽，得到三维直角坐标系下的三阶SPN方程组SP3，再通过数学变换将其中的奇数阶方程消去、同时将偶数阶方程变为ニ阶偏微分方程，通过变形使得到的两个耦合的ニ阶偏微分方程在数学上与扩散方程相同。
5.根据权利要求1所述的ー种获取聚变堆实验包层模块中子学參数的方法，其特征在于:步骤2所述的各项中子学參数包括TBR、产氚率、DPA、气肿胀，其计算公式如下: TBR是指消耗ー个源中子能产生的氚核数目，计算公式下式(8):
全文摘要
一种获取聚变堆实验包层模块中子学参数的方法，采用两步法，1将聚变堆实验包层模块按照其轴向几何特点，将轴向上几何、材料相同的部分分割为同一区，将包层模块分割为数个“典型栅元”，在每个“典型栅元”上利用特征线计算模块求解中子输运方程，得到细群中子通量分布，然后利用得到的中子通量分布在每个“典型栅元”内采用均匀化模块按照通量体积权重进行均匀化，得到粗群截面参数；2将步骤1得到的各“典型栅元”的粗群截面参数作为已知参数，在整个聚变堆实验包层模块上计算全聚变堆实验包层模块的中子通量分布，并进一步计算各项中子学参数；本发明方法具有效率高、精度高的特点；从而对聚变堆的建造设计提供具有指导、参考意义的结果。
文档编号G06F17/50GK103116667SQ20131002796
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者曹良志, 张广春, 吴宏春 申请人:西安交通大学