蒙特卡罗粒子输运模拟中减方差方法及其在先进反应堆中应用研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haitian001
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屏蔽分析是核装置物理设计与分析的关键环节。蒙特卡罗方法具备处理复杂几何和模拟精细的物理过程的能力,因而在屏蔽分析方面应用越来越广泛。减方差方法可以加快蒙特卡罗方法的收敛速度,因此在应用蒙特卡罗方法解决屏蔽计算问题的过程中,使用减方差方法是十分有效的。先进核能系统具有几何复杂性高、厚屏蔽深穿透问题明显等特点,利用传统减方差方法对其计算时,需要使用者具备丰富的经验并进行反复的试算,才能得到比较好的效果,对使用者要求较高且无法高效的发挥减方差方法的优势。如何降低减方差方法使用对经验的依赖,如何更高效的发挥减方差方法的作用,是蒙特卡罗方法在先进核能系统屏蔽分析应用中的研究热点之一。  本文研究了基于蒙特卡罗和确定论耦合的自适应减方差方法并对其进行了改进:基于确定论方法计算所得的伴随通量结果作为价值核,产生基于网格的源偏倚参数和权窗参数,用于蒙特卡罗正向输运计算中。该方法可在复杂几何材料条件下,自动将粒子从放射源区域开始向计数区域进行偏倚输运,达到加快计算收敛、降低方差的效果。在此基础上,对伴随通量变化剧烈区域,发展了权窗平滑处理的方法进一步提高计算的效率。经过国际屏蔽基准题乏燃料储存罐问题的测试,计算效率最高可达到65倍的提升。  本文设计了一种综合基本减方差与自适应减方差方法的减方差集成体系,在超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC中实现了权截断、几何分裂与俄罗斯轮盘赌、能量分裂与俄罗斯轮盘赌、权窗与自适应减方差等功能,国际热核聚变实验堆ITER基准例题测试结果表明该设计体系可靠有效,可有效提高计算效率,可应用于先进核聚变能系统屏蔽计算分析。  本文发展的蒙特卡罗和确定论耦合的自适应减方差方法已初步应用于中国铅基研究实验堆CLEAR-I的屏蔽计算分析,计算效率提升高达10倍,表明了SuperMC自适应减方差方法可应用于先进核裂变能系统屏蔽计算分析。
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