【摘 要】
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高精度屏蔽计算方法是核装置辐射屏蔽设计的重要基础,离散纵标法（SN）作为国际上主要的确定论输运求解方法广泛应用于屏蔽计算中。新型核装置的迅速发展对屏蔽设计提出了更高的要求,数值模拟不仅需要高效精确的数值求解方法,可靠兼容的多群截面数据也是影响输运计算精度的关键因素。工程屏蔽问题中材料的强共振自屏效应会影响多群截面数据的准确性,高能中子的强各向异性散射也为精确制作多群截面带来极大困难。因此,高精度多
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高精度屏蔽计算方法是核装置辐射屏蔽设计的重要基础,离散纵标法（SN）作为国际上主要的确定论输运求解方法广泛应用于屏蔽计算中。新型核装置的迅速发展对屏蔽设计提出了更高的要求,数值模拟不仅需要高效精确的数值求解方法,可靠兼容的多群截面数据也是影响输运计算精度的关键因素。工程屏蔽问题中材料的强共振自屏效应会影响多群截面数据的准确性,高能中子的强各向异性散射也为精确制作多群截面带来极大困难。因此,高精度多群截面制作方法是保障输运模拟精度与屏蔽设计可靠性的基础。本课题针对具有共振自屏效应与强各向异性散射特征的复杂工程屏蔽问题,研究共振能区多群截面处理方法、宽群能群结构优化方法和并群策略,改进多群截面精度,提高屏蔽计算输运模拟效率。研究邦达连科共振处理方法,着重针对不可分辨共振能区,精确计算有效共振多群截面。提出指数插值方法替代传统线性插值方法,对温度和本底截面插值计算,有效改善自屏因子计算精度和数值稳定性,且不会引入过多的计算量。提出负散射截面修正方法,保证零阶群内散射截面具有物理意义。面向大型复杂三维屏蔽模型,研究基于能群重要性的宽群结构优化方法,根据能群贡献因子指导能群结构建立,生成问题相关的最优宽群结构,解决了特定问题中通用能群结构不适用的难题,平衡输运模拟计算精度与效率的关系。研究角度-空间依赖的双线性共轭并群方法,充分考虑角度-空间效应对多群截面的影响,保证并群后的宽群截面精度,提高并群方法在强各向异性屏蔽问题中的适用性。开发多群截面处理程序ARES-MACXS,可产生多群截面工作库供输运程序使用。数值计算结果表明,对于低质量数、中等质量数和高质量数的常用屏蔽材料,基于邦达连科方法的共振处理方法均能够产生准确的共振能区有效截面。然而,该方法在计算可分辨共振能区时仍存在一定误差,由于未能精确考虑核素间的共振干涉效应,可能导致特定问题的截面精度下降。AP1000屏蔽模型的数值分析表明,对于屏蔽计算中关注的快中子注量率、探测器反应率、热中子注量率、剂量当量率等关键参数,优化宽群结构的输运计算结果与基准值的相对误差均在8%以内,展现出优于国际通用的BUGLE-B7能群结构的计算精度。角度-空间依赖的双线性共轭并群方法相比于传统标通量并群方法展现出更高的输运计算精度。通过对VENUS-3基准题的计算结果分析表明,宽群结构的探测器反应率计算结果与细群结构的计算结果基本保持一致,最大相对误差在3%以内。在IRI-TUB实验孔道问题模型中,当标通量密度计算精度相当时,优化宽能群结构的计算时间相比于细群结构减少了 40%以上,展示出理论方法的工程应用前景。本课题的研究有助于改善复杂工程屏蔽问题中的多群截面精度,完善屏蔽计算多群截面制作方法,提高核装置屏蔽计算的可靠性和计算效率。
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