三維蒙特卡羅-離散縱標(biāo)雙向耦合屏蔽計(jì)算方法研究.pdf

1、輻射屏蔽設(shè)計(jì)對(duì)核設(shè)施的安全性和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要,選取合適的屏蔽計(jì)算方法是保證屏蔽系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。單一的離散縱標(biāo)法(SN)或蒙特卡羅方法(MC)分別在處理復(fù)雜幾何模型和深穿透問(wèn)題上存在局限性,難以提供可靠的計(jì)算結(jié)果。隨著先進(jìn)核能系統(tǒng)的研究發(fā)展,對(duì)輻射屏蔽計(jì)算速度和精度提出了更高的要求。為了有效解決同時(shí)具有復(fù)雜幾何和深穿透特點(diǎn)的復(fù)雜屏蔽問(wèn)題,結(jié)合SN和MC方法優(yōu)勢(shì)的耦合屏蔽計(jì)算方法成為首選。為了快速精確地解決大型核設(shè)施復(fù)雜屏蔽計(jì)算難題,本

2、文提出開(kāi)展三維蒙特卡羅一離散縱標(biāo)雙向耦合方法研究,并通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)耦合屏蔽計(jì)算環(huán),靈活用于核設(shè)施復(fù)雜屏蔽計(jì)算。
　　 首先,本文研究了直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系下的三維蒙特卡羅一離散縱標(biāo)雙向耦合方法。對(duì)源粒子飛行方向與離散角度的三維映射方法丌展了研究,并研制出接口程序?qū)崿F(xiàn)了三維蒙特卡羅一離散縱標(biāo)耦合方法在直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系中的應(yīng)用;對(duì)三維離散縱標(biāo)一蒙特卡羅耦合方法進(jìn)行了全面研究,通過(guò)開(kāi)發(fā)三維粒子角通量密度分布到源粒子概率密度分布函

3、數(shù)的三維映射算法及源抽樣方法,實(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系下三維離散縱標(biāo)一蒙特卡羅多面耦合計(jì)算。
　　 其次,開(kāi)發(fā)了三維蒙特卡羅一離散縱標(biāo)雙向耦合屏蔽計(jì)算程序。耦合程序以蒙特卡羅.離散縱標(biāo)雙向耦合方法為基礎(chǔ),可以實(shí)現(xiàn)蒙特卡羅和離散縱標(biāo)方法之間的不同耦合方式。本文通過(guò)直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系下的簡(jiǎn)單測(cè)試模型對(duì)MC-SN、SN-MC和MC-SN-MC三種不同的耦合程序進(jìn)行了測(cè)試計(jì)算,并與單一的蒙特卡羅程序MCNP和離散縱標(biāo)程序TORT計(jì)

4、算結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果吻合良好,初步證明了蒙特卡羅一離散縱標(biāo)雙向耦合程序系統(tǒng)的正確性和可行性。
　　 為了驗(yàn)證耦合程序系統(tǒng)在復(fù)雜模型計(jì)算中的有效性,本文選取美國(guó)核管會(huì)發(fā)布的基準(zhǔn)題分別對(duì)蒙特卡羅一離散縱標(biāo)和離散縱標(biāo)一蒙特卡羅耦合計(jì)算進(jìn)行基準(zhǔn)驗(yàn)證。將三維蒙特卡羅-離散縱標(biāo)耦合程序MCNP-TORT用于布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供的NUREG/CR-6115壓水堆屏蔽計(jì)算。三維蒙特卡羅一離散縱標(biāo)耦合方法計(jì)算結(jié)果與基準(zhǔn)報(bào)告提供的結(jié)果符合良好,

5、驗(yàn)證了該方法處理屏蔽問(wèn)題的有效性和相應(yīng)耦合程序使用的正確性。選取橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提供的美國(guó)HBR一2基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)例題對(duì)TORT-MCNP耦合程序進(jìn)行了基準(zhǔn)校核計(jì)算。TORT-MCNP耦合程序計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值及文獻(xiàn)參考值符合良好,驗(yàn)證了三維離散縱標(biāo).蒙特卡羅耦合方法及程序在大型核裝置屏蔽計(jì)算中的精確性和有效性。
　　 最后,將三維蒙特卡羅-離散縱標(biāo)雙向耦合方法用于某反應(yīng)堆堆坑三維屏蔽計(jì)算。通過(guò)MC-SN-MC兩步耦合計(jì)算,給出堆坑通道

6、及小室內(nèi)的中子和光子通量分布。同時(shí)采用MCNP程序進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果與耦合計(jì)算結(jié)果吻合較好。表明三維蒙特卡羅.離散縱標(biāo)雙向耦合程序系統(tǒng)可以快速有效地解決大尺寸復(fù)雜幾何系統(tǒng)內(nèi)的輸運(yùn)問(wèn)題。
　　 本文研究了三維蒙特卡羅.離散縱標(biāo)雙向耦合計(jì)算方法,并完成了相應(yīng)計(jì)算程序系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證,充分發(fā)揮蒙特卡羅方法模擬復(fù)雜幾何和離散縱標(biāo)方法解決深穿透問(wèn)題的優(yōu)勢(shì),提高屏蔽計(jì)算的速度及精度。該耦合屏蔽計(jì)算方法對(duì)先進(jìn)核系統(tǒng)屏蔽設(shè)計(jì)研究具有重要意義,為精確