基于MCNP模型10MW高温气冷实验堆燃耗测量误差分析与实验研究

 10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的燃耗测量系统通过测量燃料球内裂变产物¹³⁷Cs发出的γ射线进而间接确定燃料球的燃耗,测量结果的准确性直接影响着反应堆的安全性和经济性。利用HTR-10现有的设备条件,设计并实施了提升器偏转实验,使燃料球逐步偏离正常测量位,改变球心与准直器轴线的相对位置,得到了偏离角度与计数率之间的对应关系,进而确定燃料球球心与准直器轴线的周向偏移量。通过MCNP程序建立HTR-10燃耗测量系统模型,模拟γ光子从燃料球发出,经过提升器、密封法兰、准直器直到被HPGe晶体探测器捕捉的全过程。利用MCNP模型可以模拟在不同径向偏离情况下的实验过程,通过与实验结果的对比,确定燃料球球心偏离准直器轴线的径向偏移量。     

聚变-裂变增殖堆包层的初步中子学设计

 基于国际热核实验堆ITER的堆芯参数和套管结构,对聚变-裂变增殖堆包层的进行了初步中子学设计。基于国际热核实验堆的堆芯参数提出了采用套管结构,以天然金属铀为燃料和硅酸锂为氚增殖剂的快裂变-增殖堆包层的初步中子学设计设计方案。使用FENDL 2.1核数据库及MCNP程序自带的核数据库,用MCNP程序对套管结构快裂变-增殖堆包层进行一维的方案筛选及三维中子学的计算分析。计算分析包层内的一维功率密度分布、产氚率、钚增殖率分布,通过优化设计分析给出合理的包层设计方案,并计算氚增殖率TBR、能量放大倍数M、有效增值系数k_eff、裂变增殖比等参数。     

MCNP程序在CARR物理启动计算中的应用

 中国先进研究堆(CARR)既没有参考堆,也不进行零功率物理模拟实验,其物理启动工作完全以理论分析结果为依据,这在国内大型研究堆的启动中尚属首次。CARR堆芯结构复杂,启动过程中堆内标准燃料组件、跟随体燃料组件和贫铀组件混装,堆芯装载变化大,大部分基于扩散理论的物理计算程序较难完成CARR物理启动的理论分析工作。选用MCNP程序对CARR物理启动的各项实验进行模拟计算,该程序强大的几何描述功能很好地解决了上述难点。得到的计算结果为CARR物理启动工作提供了重要依据和参考,保证了CARR物理启动工作的安全顺利进行,实验结果表明,MCNP的计算结果准确可信,该程序在CARR物理启动工作中的应用是成功的。     

ITER中国固态TBM中子倍增剂和氚增殖剂布置优化

在国际热核实验堆(internationalthermonuclearexperimentreactor,ITER)中国氦冷固态实验包层模块(testblanketmodule,TBM)的初步设计的模型基础上,选择不同的中子增殖剂和氚增殖剂体积比,利用粒子输运程序MCNP(MonteCarloN-particletransportcode)对该TBM物理性能进行了研究。根据均匀混和模型的结果,在Be和Li4SiO4的体积比为2至6之间,氚增殖率最大可达1.20。因此,采用Be和Li4SiO4夹层布置,在几何上逼近最优体积比,选择前端Be和Li4SiO4体积比为2时,氚增殖率达到1.158,能够较好地满足聚变运行的氚自持条件。     

有机液非线性声参量两种模型的可靠性与比较

基于Schaaffs液体理论和Jacobson液体理论，分别导出了两个计算有机液非线性声参量B／A的理论公式．利用它们对部分有机液的B／A进行了计算，并将计算结果与有关文献报道的相应有机液B／A的实验测量值进行了比较，发现理论值和实验结果均较好地吻合．Schaaffs理论模型下所得到的各有机液的B／A理论值与相应的测量值吻合得更好．     

LPG浓度对DME/LPG混合燃料HCCI燃烧的影响

通过分析二甲醚（DME）与液化石油气（LPG）的化学反应机理,构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃（HCCI）燃烧的化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算,模拟研究了混合燃料中LPG浓度对HCCI燃烧的影响．计算结果与试验结果对比表明,所构建的DME／LPG混合燃料氧化的化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性,对低温和高温着火始点的预测很好．模拟结果显示,改变DME／LPG混合燃料中LPG的浓度可以控制HCCI着火和燃烧;在DME中添加LPG可以拓宽发动机的负荷运行范围．     

乙氰溶液中N—NO2键离解能的理论研究

利用B3I，YP、B3PW91、B3P86、B1I。YP、BMK、MPWB1K、PBE0、CBS-4M和M062X方法结合6-311＋G（2d，p）基组计算了N—N02键离解能。将计算结果与实验值进行比较，结果表明BMK和B3P86方法与实验结果吻合较好，平均绝对偏差分别为2．0kJ／mol和6．3kJ／mol。B3I。YP、B3PW91、B1LYP、MPWBlK和PBE0方法的计算结果比实验值低，且B3LYP、B3PW91、B1LYP、M062X和CBS-4M方法的计算结果得到的平均绝对偏差和最大偏差都比较大，因此不能准确计算N—Nitrosulfonamide的N—N02键离解能。利用BMK／6—311＋G（2d，p）方法进一步研究了N—Nitrosulfonamide化合物的取代基效应。自然键轨道分析表明在lpNl-BD。（O1→N2）的E和Hammett常数之间，键离解能和lpN1→BD’（O2-N2）的P”之间都存在较好的相关性。     

水溶液中苯的卤素取代物的荧光光谱的理论研究

采用量子化学半经验方法RHF／AM1对(Cl，Br，I)取代的苯进行水溶液中的构型优化，经振动分析，未出现虚频率，在此基础上用RHF／CIS方法分别计算了它们的荧光光谱，并与其气相计算的结果进行了对比，发现在水溶液中的计算结果能更好地符合实验值。     

邮件辐照系统屏蔽的Monte Carlo计算

为评价电子束邮件辐照系统的屏蔽设计,采用Monte Carlo程序包EGSWIN系统以及MCNP4C,对屏蔽计算的方法进行了研究。针对深穿透问题,提出了等效算法。利用EGSWIN对电子束打铝板所产生韧致辐射的能谱、方向和强度进行计算,给出等效光子源。引入指数变换和权重窗的减方差技术,用MCNP4C对屏蔽结构进行了模拟,在较短的时间内以较高的精度得出结果。通过与经验公式计算以及实验结果的比较,验证了所采用方法的正确性。     

ITER中国固体实验包层温度场数值模拟

利用计算流体力学数值模拟软件F luen t对国际热核实验堆(ITER)的中国固体实验包层模块(TBM)的第一壁B e、B e球床中子增殖区、L i4S iO4陶瓷球床氚增殖区、以及结构材料的温度场进行二维和三维数值模拟。研究TBM各区及冷却剂氦气流道的温度场分布,并对二维和三维计算结果进行比较。结果表明:除极小区域外,各材料层的温度均低于该材料所允许的工作温度;二维模拟结果与三维模拟结果基本符合,为了简化计算,在初步分析中可采用二维模拟。分析结果可作为ITER中国固体实验包层模块的热工水力学优化设计的参考。     

一种基于MCNP的堆芯物理—热工耦合计算方法

核反应堆的温度分布计算在核反应堆的安全设计中十分重要.我们利用MCNP计算的线功率密度带入MATLAB编写的单通道模型热工程序,配合热工计算得到的冷却剂密度分布调整MCNP的模型重新计算,能够将堆芯物理计算和热工计算进行结合,得到了更为准确的单通道温度分布、功率分布及热管因子.     

中子Soller准直器的测试与评价

作者利用中国原子能科学研究院反应堆上的中子谱仪装置，对国内研制的Soller中子准直器进行了测量，并利用MCNP4B程序模拟和解析公式计算，将所得结果进行了分析和比较，对所测准直器的主要技术指标作了评价，证明了国产准直器的性能满足使用要求。     

深穿透屏蔽计算的离散坐标法

建立了堆芯几何和孔道几何边界源相耦合的离散坐标法。并用于计算反应堆孔道的深穿透屏蔽问题;推导出可用于堆芯几何屏蔽计算的半对称求积基,以及用于孔道几何屏蔽计算的偏向求积基。     

MCNP在惯性约束聚变核探测中的初步应用

随着惯性约束聚变的发展,对聚变产物特别是中子探测的定量分析变得非常重要。采用三维Monte Carlo输运程序MCNP(Monte Carlo N-particle),对不同铅屏蔽厚度下探测器的DT中子相对灵敏度,和中子半影成像的数值模拟进行了一定的研究。结果显示,相对灵敏度的模拟与实验结果符合得很好,而中子成像模拟能为惯性约束聚变物理实验的开展提供指导。     

200 MeV内p+60Ni核反应的计算与分析

以现有p+60Ni核反应的实验数据为基础,利用自行研制的大型程序MEND从理论上系统地计算了200MeV能区内p+60Ni核反应的反应截面、弹性散射角分布、能谱和6种轻粒子(n、p、α、d、t、3He)出射的双微分截面.与实验数据及ENDF/B6评价库比较发现,文章理论计算的结果与实验数据基本一致;与ENDF/B6相比,文章增加了3He的计算,将能区上推到了200 MeV,结果更接近实验敷据、更全面.     

MCNP计算用ADS截面库ADSlib2.0的制作

加速器驱动洁净核能系统(简称ADS)使用高能散裂中子驱动次临界反应堆,用于嬗变长寿命高放废物(LHW).ADS次临界反应堆中子能量较高,使用传统的ENDF截面数据库对ADS堆芯物理计算存在着能量上限低、部分数据缺失等问题.本文使用MAKXSF程序对IAEA-ADS截面数据库ADS Nuclear Data Library进行了加工,制作出专用于MCNP计算用的截面库ADSlib2.0,并与ENDF/B-VII.0,JEFF-3.1和JENDL-4.0库中238U裂变截面的比较,表明该截面数据库是可用的.     

NaI(Tl)闪烁探测器单能γ谱的Compton坪台

利用Compton散射截面Klein Nishina公式和Monte\|Carlo粒子输运(MCNP)程序研究NaI(Tl)闪烁探测器单能γ能谱的Compton坪台. 通过考虑光子在探头闪烁晶体中的次级效应及探测器的能谱展宽等因素, MCNP程序模拟所得NaI(Tl)探测器单能γ能谱的Compton坪台与实验能谱符合较好, 并解释了理论曲线与实验曲线存在差异的原因.     

面向MCNP程序的三维模型前处理技术研究

提出了一种用于MCNP计算程序的三维模型前处理技术,并给出了CAD模型识别与简化、空腔生成以及CAD模型向半空间CSG模型转换等关键算法.设计并开发了用于MCNP计算程序的三维模型前处理系统,用于CAD模型至MCNP半空间CSG模型的快速转换.最后通过实例对软件系统进行了验证,结果表明文中所提出的方法能够快速实现复杂CAD模型至MCNP半空间CSG模型的转换,为MCNP计算程序提供了高效的三维模型处理系统,提高了MCNP程序输入文件的制作效率.      

用MCNP程序计算水平辐照孔道屏蔽

研究堆中水平辐照孔道用以从堆芯附近引出高能中子流。由于水平辐照孔道的几何形状比较复杂 ,采用两维输运计算模型将会引入较大的误差 ;同时 ,在计算过程中由于粒子穿行的距离比较长 ,所需的计算时间也是很大的。讨论了如何用 Monte Carlo方法的 MCNP程序进行水平孔道的屏蔽计算 ,引入了分段 -衔接计算方法 ,着重介绍了与 MC-NP的接口和表面源的设置问题。计算结果表明 ,分段 -衔接的 MCNP方法能够大大的改善 Monte Carlo方法的抽样 ,很好地解决水平辐照孔道的屏蔽计算问题