超临界系统裂变点火过程中子场时间演化仿真方法研究与软件实现

研究超临界系统中子点火过程对于超临界事故分析和核武器裂变点火方案设计都具有重要意义，传统上研究中子点火基于马尔科夫分枝过程分析方法，这类方法很难深入到中子点火的物理过程，不能计算点火时间概率分布等物理量。本项目提出采用广义半马尔科夫过程仿真方法模拟点火中子进入系统后中子场的动态演化过程，得到点火过程中子场演化的随机样本，以此研究点火物理规律，并在对点火过程样本统计分析的基础上得到点火概率、点火时间概率分布、持续裂变链数目概率分布等。研究内容包括基于微观参数的中子场动态演化过程仿真方法、基于宏观参数的零维仿真方法、动态系统点火过程仿真方法、裂变中子数抽样方法以及脉冲堆点火实验仿真等。在以上研究的基础上研制静态三维中子点火过程仿真软件。通过本项目的研究，一方面进一步推动中子点火理论的发展，同时为实际点火问题的研究提供更有力的方法和辅助分析工具。

在国际上首次提出采用广义半马尔科夫过程(GSMP)描述随机中子场的瞬态演化, 建立了能量-空间相关随机中子场瞬态演化的（GSMP)物理、数学模型，建立了能量-空间独立随机中子场瞬态演化GSMP模型，建立了随机中子场瞬态演化的GSMP模拟方法，在此基础上，研制了三维能量空间相关中子-缓发中子先驱核耦合随机中子瞬态演化模拟程序MES-3D。MES-3D程序是国际上第一个三维随机中子动力学模拟程序，共24万行代码，能够对反应性噪声测量过程进行模拟，能够模拟超临界事故，能够模拟核武器点火过程。利用MES-3D程序，在国际上首次实现了对美国GODIVA-II脉冲堆点火实验的理论解释，不得得到了于实验结果符合的爆发脉冲等待时间概率分布，而且其中的各种物理细节自洽，如缓发中子先驱核概率分布随时间的演化等等。所提出的方法在美国著名杂志Nuclear Science and Engineering发表，并被法国CEA的科学家用来解释在CALIBAN脉冲堆上开展的各种点火实验。通过本项目的研究，课题组在随机中子动力学领域走出了一条从理论，到数值模拟方法，到程序，直到应用的自主创新的道路。