反應(yīng)堆高保真蒙特卡羅粒子輸運模擬加速方法研究.pdf

1、蒙特卡羅方法能夠精細(xì)描述和處理反應(yīng)堆物理過程，是反應(yīng)堆高保真粒子輸運模擬的重要工具，但其收斂速度慢是固有的理論缺陷，成為工程實際應(yīng)用中的突出障礙。反應(yīng)堆高保真粒子輸運模擬要求得出精細(xì)且全局收斂的計算結(jié)果，存在大尺度、深穿透、厚屏蔽以及幾何、材料分布不均勻等問題，會導(dǎo)致全局收斂速度不均勻，達(dá)到收斂耗時極長;另一方面，裂變堆分析中還存在裂變源分布不均勻，計數(shù)器數(shù)量巨大等問題。本文基于超級蒙卡核模擬軟件系統(tǒng)SuperMC，針對上述問題，進(jìn)行加

2、速方法的研究。主要內(nèi)容及創(chuàng)新如下:
　　1)針對反應(yīng)堆高保真粒子輸運模擬中全局收斂速度慢問題，發(fā)展了基于相空間粒子密度均勻性的自適應(yīng)優(yōu)化全局計算效率的全局權(quán)窗產(chǎn)生器，將粒子均勻輸運到整個模型空間以加速全局收斂。在全局減方差方法的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了全局-局部耦合收斂加速方法:將全局權(quán)窗作為計算輸入的一部分，可顯著提升傳統(tǒng)的權(quán)窗產(chǎn)生器的收斂加速效果。以乏燃料儲存池模型進(jìn)行測試，與直接模擬相比，全局計算時衡量計算收斂速度的品質(zhì)因子

3、(FOM)提升千余倍;對所選取的局部計數(shù)目標(biāo)的FOM提升百余倍。
　　2)針對裂變堆全堆芯模擬收斂速度不均勻的問題，本文發(fā)展了一種全局權(quán)窗產(chǎn)生器-裂變源均勻化耦合加速方法:一方面根據(jù)裂變源均勻化方法初步實現(xiàn)臨界源粒子的均勻分布，同時應(yīng)用全局權(quán)窗產(chǎn)生器實現(xiàn)對輸運過程的偏倚;另一方面，裂變源均勻化方法可根據(jù)源粒子密度分布偏倚源粒子的初始權(quán)重，使其與全局權(quán)窗的參數(shù)相適應(yīng)，從而進(jìn)一步提高了計算效率。對Hoogenboom全堆基準(zhǔn)例題的測試

4、表明，與直接模擬相比，熱群通量分布的計算FOM提升約30倍，快群通量分布的計算FOM提升約20倍。
　　3)針對大規(guī)模計數(shù)問題，本文發(fā)展了一種基于計數(shù)輔助樹的大規(guī)模計數(shù)方法，建立了與幾何柵元一一對應(yīng)的樹形結(jié)構(gòu)，并在節(jié)點中存儲了相應(yīng)柵元的計數(shù)信息，通過當(dāng)前粒子所在柵元的幾何信息從樹中快速讀出對應(yīng)的計數(shù)器。對Hoogenboom例題全堆芯六百萬柵元進(jìn)行計數(shù)時，計數(shù)耗時僅為輸運耗時的4％，與傳統(tǒng)遍歷查找計數(shù)方法比，顯著提高了計算效率。<