超热中子散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法与流程

本发明涉及核反应堆中子散射领域，具体涉及超热区中子与重核发生弹性散射碰撞时，对散射过程中重核速度、辐角余弦的计算方法。

背景技术

在超热区的中子散射过程中，蒙特卡罗程序使用自由气体模型考虑重核热运动对中子散射的影响。现有的自由气体模型假设重核无束缚且其速度分布符合麦克斯韦分布，并且假定绝对零度下核素的微观弹性散射截面是常数。但对于具有明显共振弹性散射特性的如²³⁸u等重核，常数弹性散射截面假设显然不成立。为克服常数弹性散射自由气体模型的缺陷，需要提出更为精确的弹性散射过程的计算模拟方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，为了克服常数弹性散射自由气体模型中假设绝对零度下核素的微观弹性散射截面是常数这一缺陷，提供了一种在弹性散射模拟过程中使用重核在超热区能量范围的最大弹性散射截面方法，使其计算结果更加符合真实情况，解决了现有的常数弹性散射自由气体模型忽略在超热区散射截面剧烈变化的问题。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种核反应堆内超热区中子弹性散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法，所述方法在裂变型核反应堆内，采用基于重核在超热区能量范围的最大弹性散射截面方法来模拟中子弹性散射过程，包括以下步骤：

当能量为0.4ev至210ev的超热区中子与核反应堆内的重核发生弹性散射，首先以一定概率抽样出重核的速度和辐角余弦；

其次，根据上一步获得的重核的速度和辐角余弦，计算出弹性散射过程中出射中子的能量分布。

进一步地，当速度为v的超热区中子与核反应堆内的重核发生弹性散射，重核速度的概率分布函数p(v,μ|v)dvdμ如下：

d′＝σmax(v)/σeff,s(v)

其中，v为重核的速度；v为入射中子的速度；μ为重核的辐角余弦；p1、p2分别为抽样概率值，f1(v)、f2(v)分别为对应概率下与重核速度相关的函数；σs为绝对零度下的弹性散射截面；σmax(v)为范围内弹性散射截面的最大值，α＝mt/2kbt，kb为波尔茨曼常数，mt为重核质量；σeff,s(v)为有效弹性散射截面。

进一步地，所述重核速度的概率分布函数中：

p2＝1-p1

进一步地，以一定概率抽样重核的速度和辐角余弦具体过程如下：

第(1)步，以概率g1从x1(v)中抽取重核速度，否则以概率g2从x2(v)中抽取重核速度；

第(2)步，对重核的辐角余弦在负一到正一的范围内进行均匀抽样；

第(3)步，以概率接受关于重核速度和辐角余弦的抽样，否则放弃该次抽样，重新对重核速度和辐角余弦进行抽样；

第(4)步，以概率接受关于重核速度和辐角余弦的抽样，否则放弃该次抽样，重新对重核速度和辐角余弦进行抽样。

具体地，相对于传统的方法，以一定概率抽样重核速度和辐角余弦的过程中，加了一次检验，即最终以概率接受关于重核速度和辐角余弦的抽样，否则放弃该次抽样，重新对重核速度和辐角余弦进行抽样。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明提供的核反应堆内超热区中子弹性散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法，将获得重核速度概率分布函数的过程，通过使用弹性散射截面的最大值考虑了超热区弹性散射截面的剧烈变化，因此使用本发明获得的重核速度分布将更加精确。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

现有的常数散射截面自由气体模型假设重核无束缚而其速度分布符合麦克斯韦分布，并且假定绝对零度下核素的微观弹性散射截面是常数，p(v,μ|v)表示与速度为v的中子发生弹性碰撞的重核的条件概率分布函数，如下所示：

式中：

p2＝1-p1

其中，p(v,μ|v)dvdμ为重核速度的概率分布函数；d为绝对零度下的弹性散射截面与有效弹性散射截面的比值；p1、p2分别为抽样概率值，f1(v)、f2(v)分别为对应概率下与重核速度相关的函数；v为重核的速度；v为入射中子的速度；μ为重核的辐角余弦；σs为绝对零度下的弹性散射截面；σeff,s(v)为有效弹性散射截面；为提高抽样效率，该有效弹性散射截面在现有的自由气体模型中被假设成常数。显然，现有的常数散射截面自由气体模型不能处理重核的弹性散射，因此本实施例使用考虑弹性散射截面最大的方法确定的条件概率分布函数为：

d′＝σmax(v)/σeff,s(v)

其中，σmax(v)为范围内弹性散射截面的最大值，α＝mt/2kbt，kb为波尔茨曼常数，mt为重核质量；

本实施例的双重修正弹性散射模拟法较现有的常数散射截面自由气体模型多了一次舍弃修正，即以概率大小为σs|v-v|/σmax(v)来接受关于重核速度v和辐角余弦μ的抽样，最终获得准确的重核速度和辐角余弦，否则舍弃该次抽样，并重新开始对重核速度v和辐角余弦μ抽样。

本实施例提供的超热中子散射过程中重核速度和辐角余弦的计算方法，在裂变型核反应堆内，采用基于重核在超热区能量范围的最大弹性散射截面方法来模拟中子弹性散射过程，当能量为0.4ev至210ev的超热区中子与核反应堆内的重核发生共振弹性散射，首先以一定概率抽样出重核的速度和辐角余弦，再以一定概率接受该速度及辐角余弦或以一定概率舍弃该速度及辐角余弦，从而获得最终的重核速度和辐角余弦。利用本实施例所述方法的求解结果能够作为详细研究中子与重核弹性散射过程中，其辐角余弦分布情况的参照。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。