针对SFCOMPO燃耗实验基准题校核模拟的精度优化实现方法与流程

本发明涉及的是一种核工程领域的技术，具体是一种针对乏燃料数据库(sfcompo)燃耗实验基准题校核模拟的精度优化实现方法。

背景技术：

组件程序的燃耗计算精度对核反应堆堆芯的功率分布、换料寿期及反应性控制设计方面有重要意义。为了研发mox燃料和可燃毒物多群常数库，需要建立该多群常数库的燃耗基准实验计算例题，用于该库的燃耗基准检验。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种针对sfcompo燃耗实验基准题校核模拟的精度优化实现方法，计算燃耗深度与实际燃耗深度基本一致，减小燃耗深度不同对计算结果的影响，从而使多群常数库验证提供有力支撑。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

步骤1、建立单栅元模型，并在单栅元模型周围定义全反射边界条件；建立超栅元计算模型，完成模型的初始化，具体包括：

1.1查询sfcompo数据库对应的材料及几何信息，采用但不限于从www.oecd-nea.org/sfcompo中通过java应用程序进行查询得到。

1.2分析计算样品点所处物理环境，中子通量密度在样品点变化率情况，具体为：分析计算燃耗样品点周围燃料棒类型，有无中子吸收剂、控制棒导向管等。这会造成中子通量密度在燃耗样品点的畸变。

1.3依据分析情况建立单栅元模型、超栅元计算模型。

步骤2、通过物质的量与分子式核素占比关系将sfcompo库核素存量单位转化为与计算结果一致的核子密度单位，具体包括：

2.1根据初始燃料成分，得到初始铀的密度，单位为g/cm³。

2.2根据sfcompo库核素存量单位g/gui转化为对应核素密度，单位为g/cm³。

2.3根据物质的量的关系，得到对应存量核素的核子密度。

步骤3、通过对比数据库中乏燃料组分的nd-148与计算得到的nd-148存量，调整最终燃耗深度，使实际燃耗深度与计算燃耗深度基本一致，具体包括：

3.1根据sfcompo数据库查询的燃耗历史，利用燃耗组件计算程序得到最终nd-148核素存量。

3.2对比sfcompo数据库的nd-148核素存量与燃耗组件计算程序得到的nd-148核素存量。

3.3当数据库nd-148存量与步骤3.2得到的nd-148存量差别大于0.03％，则调整燃耗组件计算程序的燃耗深度。

所述的燃耗组件计算程序采用但不限于加拿大蒙特利尔大学核工程系开发的反应堆模拟软件dragon。

技术效果

与现有技术相比，本发明利用nd-148核素的存量对数值模拟计算中的燃耗深度进行调整，消除数值模拟和实验测量手段的偏差，使模拟计算更加接近真实燃耗过程。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为单栅元模型示意图；

图3为超栅元计算模型示意图；

图4为实施例计算结果相对误差对比图；

图中：1为慢化剂区、2为包壳管、3为燃料区、4控制棒导向管、5复合可燃吸收剂。

具体实施方式

本实施例选择压水堆takahama-3组件nt3g23、nt3g24系列样品实施上述方法，其中nt3g23组件中设有sf95、sf96系列燃料棒，nt3g24组件包含sf97系列燃料棒，sf95及sf97燃料棒周围皆被相同的燃料棒包围，无控制棒导向管及可燃毒物对中子通量密度造成畸变，sf96燃料棒为可燃毒物棒，较强的毒物吸收作用会导致kinf值较低甚至计算无法进行。

本实施例具体包括以下步骤：

步骤1)针对sf95、sf97系列燃料棒建立单栅元模型，并在单栅元模型周围定义全反射边界条件。

如图2所示，所述的单栅元模型包括含有慢化剂的栅元、设置于栅元内的内置燃料的包壳管，其中：包壳管2外半径为0.475cm，燃料区3半径为0.411cm，栅元边长l为1.26cm，燃料计算温度定义为900k，包壳温度为600k。同时，根据堆芯出入口冷却剂温度平均值，设定冷却剂温度为575.5k。

所述的全反射边界条件为：j^-|x0＝j⁺|x0，其中：j^-|x0表示计算区域边界处射出的中子流密度，j⁺|x0表示从边界处从计算区域外反射回计算区域的中子流密度。

步骤2)针对sf96系列燃料棒超栅元计算模型。

如图3所示，所述的超栅元计算模型包括：含有慢化剂的3x3共9个栅元，每个栅元内设有①内置燃料的包壳管、②内置慢化剂的控制棒导向管4或③内置复合可燃吸收剂的包壳管，其中：内置慢化剂的包壳管外半径为0.475cm，燃料区半径为0.411cm，栅元边长为1.26cm。

所述的复合可燃吸收剂为uo2-gd2o3。

所述的控制棒导向管4材料与燃料包壳材料相同，内径为10.0838mm，外径为10.922mm。

步骤3)由于乏燃料数据库sfcompo组分信息核素存量单位与组件程序计算结果核素存量单位不一致，通过物质的量与分子式核素占比关系将sfcompo库核素存量单位转化为与计算结果一致的核子密度单位，即个/cm³。

所述的物质的量与分子式核素占比关系满足：其中：各个变量的具体含义表示为：n表示物质粒子个数。m表示物质质量。m表示物质的相对原子或分子质量。na表示阿伏伽德罗常数。

步骤4)当燃耗建模与实际燃耗历史存在较大误差时，通过乏燃料组分nd-148调整最终燃耗深度，使实际燃耗深度与计算燃耗深度基本一致。

所述的调整最终燃耗深度是指：当数据库的nd-148存量较大，增加dragon计算程序的燃耗深度，当dragon程序得到的nd-148核素存量较大，则减小程序计算燃耗深度；调整直到计算燃耗深度下nd-148存量与数据库nd-148存量差别在0.03％以内，则调整结束，并以当前燃耗深度为最终计算燃耗深度。

经过具体实际实验，以takahama3反应堆为例，以sf95、sf96和sf97样品为计算模拟对象，运行上述方法得到的实验数据如表1及图4所示。

表1.计算结果对比

与现有技术相比，本方法乏燃料核素存量与数据库核素存量差别更小。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。