连续能量蒙特卡罗方法组件均匀化研究

反应堆堆芯核设计在未来一段时间内仍将采用组件计算和堆芯计算"两步法"，组件均匀化群参数直接影响到堆芯计算的精度。新一代核能系统反应堆燃料栅格存在着多重非均匀性和很强的各向异性，给传统的堆芯栅格均匀化参数计算方法带来挑战。本项目提出基于连续能量蒙卡方法产生任意复杂燃料栅格均匀化参数的计算方法。该方法的优点是：其一避免了繁杂且有较大计算误差的共振自屏计算；其二可精确描述复杂几何结构，而不需做任何近似；其三适应于任意能谱的堆型。本项目通过群截面、扩散系数、散射矩阵（包括高阶矩）产生方法以及边界效应、临界效应修正的研究，产生基于连续能量蒙卡方法的满足等效均匀化守恒原则的均匀化群常数，为新型反应堆提供精确的计算方法。

反应堆物理分析两步法计算流程中，组件均匀化群常数显著影响堆芯计算精度。相比确定论方法，连续能量蒙特卡罗方法均匀化可精确描述各种几何构型栅格，避免繁琐共振自屏计算，保留更多连续能量信息，具有更高的计算精度和更广的适应性。本课题研究连续能量蒙特卡罗组件均匀化的若干关键问题：蒙特卡罗均匀化群常数计算方法、蒙特卡罗均匀化泄漏效应修正和蒙特卡罗等效均匀化方法。.在蒙特卡罗均匀化群常数计算方法研究中，应用径迹长度方法统计计算一般群常数；提出并使用散射事件方法计算群间转移截面和高阶勒让德分量；扩散系数在蒙特卡罗方法中没有对应的物理量，本课题研究了三种蒙特卡罗均匀化扩散系数计算方法。本课题蒙特卡罗均匀化采用全反射单组件局部均匀化模型，应用BN理论修正蒙特卡罗均匀化泄漏效应，还原单组件在堆芯中的临界状态。应用均匀化群常数进行反应堆物理分析不可避免会损失信息，为确保精度，蒙特卡罗均匀化群常数同样需要等效处理以保证均匀化前后的一些重要参量守恒。本课题在蒙特卡罗均匀化中成功实现广义等效理论和超级均匀化方法。为克服这两种方法的局限性，本课题提出超级等效方法，该方法同时满足反应率和界面流守恒，且不显式使用不连续因子，精度更高，适应性更广。.以上述方法研究为基础，本课题研制了蒙特卡罗组件均匀化程序MCMC，并与细网差分扩散程序CITATION和多群蒙特卡罗程序MCMG联合进行数值研究。组件和堆芯两个尺度的数值验证及应用研究表明：相比确定论方法，蒙特卡罗方法均匀化具有更高的计算精度和更广的适应性；本课题研究的蒙特卡罗均匀化群常数计算方法效果良好；等效方法特别是超级等效方法的应用最大程度的保证了蒙特卡罗均匀化群常数的准确性。.本课题研究了蒙特卡罗均匀化群常数计算方法，修正了蒙特卡罗单组件均匀化泄漏效应，对蒙特卡罗均匀化群常数进行了等效处理，从而实现了连续能量蒙特卡罗组件均匀化，增强了先进核反应堆系统物理设计分析的精确性和适应性。