反应堆物理程序在新型快堆设计中应用的确认方法研究

Verification and validation is the basis for applying a reactor physics code in the engineering design. For the requirements of the national strategy and the sustainable development of nuclear energy, the R&D of large fast breeder reactor has been pushed. The new fast reactor design is very different from the existing China experiment fast reactor. The change requires the revalidation of all the fast reactor physics codes to satisfy the rule of safety evaluation. However, starting new experiments for the large MOX-fueled fast reactor is impossible in the near future. To solve the validation problem, this project proposes a new method to validate the code without enough targeted experiments. The study is based on the similarity theory and aims to extrapolate the existing experiment data to the application in the new reactor design by theoretical calculations. Finally, the indirect validation can be done by using the data which can be extrapolated. The outcome of this study is wished to solve the bottleneck problem in the validation of fast reactor physics codes for the reactor design and safety evaluation. It is meaningful and valuable for the developments of fast reactors in the future.

验证与确认是反应堆物理程序应用于工程设计的前提。受国家重大需求和核能可持续发展的牵引，大型增殖快堆的设计建造已经步入快车道。新型快堆设计采用了显著区别于现有实验快堆的技术方案，这一变化要求我国现有全部快堆物理计算程序需要进行重新确认以满足安全评审的要求。然而，针对MOX燃料大型快堆开展新的物理实验以确认程序就我国当前国情来说不具备现实的可行性。为解决上述矛盾，本项目拟从理论方面提出解决实验手段缺乏条件下如何进行堆物理程序确认的新方法，研究基于相似性理论的实验数据外推方法，通过理论计算建立起已有实验与新型快堆设计之间的关联性，从而达到利用可外推的实验数据间接完成对程序确认的目标。在此基础上，量化核安全评审关注的多个重要物理参数计算的不确定度。研究成果为解决我国快堆核设计和安全评审中程序确认的瓶颈问题提供了重要的理论支持和技术手段，对我国未来快堆发展具有重要的意义和应用价值。

验证与确认是反应堆物理程序应用于工程设计的前提。然而，对于当前进入“快车道”的新型核反应堆，从传统实验角度开展对其设计程序的验证与确认，无论是从研究周期还是从研发成本上都是难以承受的。为此，本项目从理论方面提出解决实验手段缺乏条件下如何进行堆物理程序确认的新方法，研究基于相似性理论的实验数据外推方法，通过理论计算建立起已有实验与新型反应堆设计之间的关联性，从而达到利用可外推的实验数据间接完成对程序确认的目标，并给出核安全评审关注的多个重要物理参数计算的不确定度。首先，针对反应堆核设计计算的两步法流程，研究了对应中子学计算的两步法灵敏度计算流程，提出了基于微扰理论的各向异性散射的灵敏度系数计算模型，以及二次拟合的直接数值扰动方法，避免了传统的差分近似方法因中子学计算的迭代误差导致灵敏度计算结果不准确的问题。在此基础上，量化了从燃料元件计算到堆芯稳态、瞬态计算全过程的重要物理参数的不确定度。针对核数据导致的反应堆中子学计算不确定度大的问题，研究了多参数的核数据调整方法。基于贝叶斯定理，利用零功率物理实验的临界测量数据、控制棒价值测量数据和反应性测量数据进行核数据调整，分析并建立了实验筛选准则，避免调整出现过度拟合的问题，提高了调整后核数据的可靠性，实现了堆芯中子学计算精度的大幅改善。研究成果对于新型反应堆核设计和安全分析具有重要的指导意义和应用价值。