專利名稱：一種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊Test Blanket Module (TBM)中子學(xué)分析領(lǐng)域，具體涉及ー種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
聚變堆是利用可控核聚變持續(xù)輸出能量的裝置。在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)當(dāng)中，聚變堆的主體結(jié)構(gòu)為包層，由數(shù)百個(gè)單獨(dú)的包層模塊(TBM)組成，氘和氚在包層圍成的空腔中完成可控核聚變反應(yīng)釋放能量。TBM中子通量分布和產(chǎn)氚比(TBR)、產(chǎn)氚率、中子輻照損傷DPA、氣腫脹等相關(guān)參數(shù)稱為中子學(xué)參數(shù)，獲取這些參數(shù)的過(guò)程稱中子學(xué)分析，中子學(xué)分析對(duì)聚變堆的設(shè)計(jì)建造有重要意義。由于聚變堆仍在設(shè)計(jì)當(dāng)中，所以現(xiàn)階段只能通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法得到TBM中子學(xué)分析結(jié)果。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)實(shí)驗(yàn)包層模塊進(jìn)行中子學(xué)分析最廣泛的工具是基于蒙塔卡羅方法的MCNP程序。蒙塔卡羅方法是ー種以概率統(tǒng)計(jì)理論為指導(dǎo)的數(shù)值方法，使用隨機(jī)數(shù)來(lái)解決計(jì)算問(wèn)題。MCNP程序以蒙塔卡羅方法為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)直接模擬中子和原子核作用的隨機(jī)物理過(guò)程。依據(jù)作用過(guò)程的概率進(jìn)行隨機(jī)抽樣得到作用后的中子位置、速度和方向，這樣模擬大量中子行為后，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)就能獲得中子在物質(zhì)中的分布情況。因此，MCNP程序的結(jié)果與統(tǒng)計(jì)的樣本數(shù)密切相關(guān)，需要投入大量的中子數(shù)，才能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果，這使得MCNP程序的計(jì)算效率非常低。而現(xiàn)階段對(duì)聚變堆的建造和前期物理機(jī)制探索分析往往需要大量、多次的中子學(xué)分析計(jì)算，在現(xiàn)在的計(jì)算條件下，使用MCNP程序進(jìn)行這些計(jì)算依然十分耗時(shí)；同時(shí)MCNP程序也較難得到客體中精細(xì)的中子通量空間分布和角度分布?；诖耍斜匾峁┮环N高效率，高精度的中子學(xué)分析方法。同時(shí)由于TBM復(fù)雜幾何的特點(diǎn)和聚變堆中子各向異性較強(qiáng)的特點(diǎn)，這種方法還應(yīng)該同時(shí)具有高的幾何適應(yīng)性和各向異性散射截面處理能力。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，能夠得到TBM內(nèi)部的各項(xiàng)中子學(xué)參數(shù):中子通量分布、TBR、產(chǎn)氚率、DPA和氣腫脹，效率高、精度高；從而對(duì)聚變堆的建造設(shè)計(jì)提供具有指導(dǎo)、參考意義的結(jié)果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，采用兩步法，具體方法如下:步驟1:將聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊按照其軸向幾何特點(diǎn)，將軸向上幾何、材料相同的部分分割為同一區(qū)，這樣可將包層模塊分割為數(shù)個(gè)“典型柵元”，在每個(gè)“典型柵元”上利用特征線計(jì)算模塊求解中子輸運(yùn)方程，得到細(xì)群中子通量分布，然后利用得到的中子通量分布在每個(gè)“典型柵元”內(nèi)采用均勻化模塊按照通量體積權(quán)重進(jìn)行均勻化，得到粗群截面參數(shù)；步驟2:將步驟I得到的各“典型柵元”的粗群截面參數(shù)作為已知參數(shù)，在整個(gè)聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊尺寸上計(jì)算全聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊的中子通量分布，并進(jìn)ー步計(jì)算各項(xiàng)中子學(xué)參數(shù)。步驟1所述的特征線計(jì)算模塊采用特征線方法MOC求解中子輸運(yùn)方程，能夠處理Pl散射截面，利用AUTOCAD軟件生成特征線信息。步驟I所述的均勻化模塊采用的公式如下式(1) (5):
權(quán)利要求
1.一種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于:采用兩步法，具體方法如下: 步驟1:將聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊按照其軸向幾何特點(diǎn)，將軸向上幾何、材料相同的部分分割為同一區(qū)，這樣可將包層模塊分割為數(shù)個(gè)“典型柵元”，在每個(gè)“典型柵元”上利用特征線計(jì)算模塊求解中子輸運(yùn)方程，得到細(xì)群中子通量分布，然后利用得到的中子通量分布在每個(gè)“典型柵元”內(nèi)采用均勻化模塊按照通量體積權(quán)重進(jìn)行均勻化，得到粗群截面參數(shù)； 步驟2:將步驟I得到的各“典型柵元”的粗群截面參數(shù)作為已知參數(shù)，在整個(gè)聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊尺寸上計(jì)算全聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊的中子通量分布，并進(jìn)ー步計(jì)算各項(xiàng)中子學(xué)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，其特征在干:步驟I所述的特征線計(jì)算模塊采用特征線方法MOC求解中子輸運(yùn)方程，能夠處理Pl散射截面，利用AUTOCAD軟件生成特征線信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟I所述的均勻化模塊采用的公式如下式(I) (5):
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，其特征在干:步驟2所述的計(jì)算全聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊的中子通量分布采用簡(jiǎn)化球諧函數(shù)法SPN，具體為:首先在ー維平板幾何下中子輸運(yùn)方程用球諧函數(shù)展開(kāi)，然后將方程中的微分算子$直接替換為三維坐標(biāo)下的梯度▽，得到三維直角坐標(biāo)系下的三階SPN方程組SP3，再通過(guò)數(shù)學(xué)變換將其中的奇數(shù)階方程消去、同時(shí)將偶數(shù)階方程變?yōu)楗穗A偏微分方程，通過(guò)變形使得到的兩個(gè)耦合的ニ階偏微分方程在數(shù)學(xué)上與擴(kuò)散方程相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟2所述的各項(xiàng)中子學(xué)參數(shù)包括TBR、產(chǎn)氚率、DPA、氣腫脹，其計(jì)算公式如下: TBR是指消耗ー個(gè)源中子能產(chǎn)生的氚核數(shù)目，計(jì)算公式下式(8):
全文摘要
一種獲取聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊中子學(xué)參數(shù)的方法，采用兩步法，1將聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊按照其軸向幾何特點(diǎn)，將軸向上幾何、材料相同的部分分割為同一區(qū)，將包層模塊分割為數(shù)個(gè)“典型柵元”，在每個(gè)“典型柵元”上利用特征線計(jì)算模塊求解中子輸運(yùn)方程，得到細(xì)群中子通量分布，然后利用得到的中子通量分布在每個(gè)“典型柵元”內(nèi)采用均勻化模塊按照通量體積權(quán)重進(jìn)行均勻化，得到粗群截面參數(shù)；2將步驟1得到的各“典型柵元”的粗群截面參數(shù)作為已知參數(shù)，在整個(gè)聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊上計(jì)算全聚變堆實(shí)驗(yàn)包層模塊的中子通量分布，并進(jìn)一步計(jì)算各項(xiàng)中子學(xué)參數(shù)；本發(fā)明方法具有效率高、精度高的特點(diǎn)；從而對(duì)聚變堆的建造設(shè)計(jì)提供具有指導(dǎo)、參考意義的結(jié)果。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103116667SQ20131002796
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者曹良志, 張廣春, 吳宏春 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)