聚變中子學(xué)程序接口開發(fā)與應(yīng)用研究.pdf

1、中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)是正在規(guī)劃中的我國下一代聚變裝置，目前已經(jīng)完成了概念設(shè)計(jì)，正在逐步開展工程設(shè)計(jì)。CFETR (Phase Ⅰ)的主要目標(biāo)是驗(yàn)證聚變等離子體的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)聚變堆的氚自持、探索聚變堆的維護(hù)和遙操作方案，最終實(shí)現(xiàn)50～200MW的聚變功率。作為反應(yīng)堆，CFETR與之前的等離子體物理實(shí)驗(yàn)裝置的一個(gè)典型不同之處就是CFETR中有高能的聚變中子產(chǎn)生。作為聚變堆的關(guān)鍵部件之一，氚增殖包層被設(shè)計(jì)用來利用這些中子實(shí)現(xiàn)能量

2、轉(zhuǎn)換與輸出和氚增殖，同時(shí)也要起到屏蔽中子的作用。聚變中子學(xué)主要研究聚變中子與裝置各部件（尤其是包層）的相互作用。本文的主要內(nèi)容就是以CFETR概念和初步工程設(shè)計(jì)為契機(jī)，以國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項(xiàng)項(xiàng)目“CFETR設(shè)計(jì)軟件的集成及堆芯參數(shù)的優(yōu)化”為依托，以CFETRHECLIC固態(tài)增殖包層為主要設(shè)計(jì)與分析對(duì)象，以主流的粒子輸運(yùn)程序MCNP和燃耗程序FISPACT為主要計(jì)算工具，對(duì)聚變中子學(xué)涉及到的程序接口問題進(jìn)行研究。
　　本文

3、關(guān)注并已經(jīng)完成開發(fā)或測試的接口包括:等離子體物理參數(shù)到中子學(xué)源定義接口:編寫SCG程序?qū)崿F(xiàn)了讀取典型零維等離子體物理參數(shù)或者等離子體物理程序ONETWO的計(jì)算結(jié)果，輸出中子源定義文件給MCNP直接使用的功能;工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)到中子學(xué)模型的接口:采用McCad和ANSYS DesignModeler實(shí)現(xiàn)了基于CAD模型到MCNP模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，編寫NPST程序?qū)崿F(xiàn)了CFETR的參數(shù)化中子學(xué)建模;中子學(xué)計(jì)算程序接口:包含了基于MCNP減方差程序

4、ADVANTG和耦合MCNP與FISPACT程序進(jìn)行停堆劑量率計(jì)算的R2S程序。中子學(xué)計(jì)算后處理接口:采用MT2X和Mcmeshtran實(shí)現(xiàn)了MCNP計(jì)算結(jié)果到ANSYS、CFX等工程分析軟件和ParaView等數(shù)據(jù)可視化軟件的數(shù)據(jù)傳遞。此外，本文還測試了MCNP新引入的非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格特性在CFETR中子學(xué)分析中的應(yīng)用，結(jié)果表明該特性具有可以處理高階曲面的優(yōu)勢(shì)，為之后CFETR工程模型的中子學(xué)分析提供了一條新的技術(shù)路線。
　　在中子

5、學(xué)程序接口開發(fā)和驗(yàn)證的同時(shí)，本文建立了多個(gè)包層設(shè)計(jì)方案的中子學(xué)模型。分析了中子源分布對(duì)裝置中子學(xué)性能的影響。重點(diǎn)對(duì)CFETRHECLIC固態(tài)增殖包層進(jìn)行了詳細(xì)的中子學(xué)分析。采用1-D中子學(xué)模型對(duì)CFETR的屏蔽性能進(jìn)行了全面評(píng)估，采用3-D中子學(xué)模型對(duì)CFETR HECLIC包層的氚增殖進(jìn)行了全面評(píng)估。在這些計(jì)算經(jīng)驗(yàn)上，完成了CFETR HECLIC 2014 BU增殖單元方案的中子學(xué)設(shè)計(jì)與分析，給出了其氚增殖率、第一壁中子壁負(fù)載、中子