基于全堆精细模型的反应堆蒙卡全寿期实际燃耗计算研究

Reactor physics Monte Carlo codes have achieved very good results and are playing more and more important roles in whole core detailed modeling criticality calculations in full core detailed model calculation, but still have very large gaps and disadvantages in whole core detailed modeling full life cycle burnup calculations. With the increasing needs in reactor full-life cycle burnup calculations, the Monte Carlo reactor full-life cycle burnup calculation based on detailed modeling has become the hot and difficult issue in reactor physics Monte Carlo method research. To break through the current limitations on Monte Carlo full-life cycle burnup calculation and achieve world-leading position in this research area, based on previous research progresses, such as cross-section generation, massive parallel calculation, Monte Carlo criticality search and so on, the proposed project will start with the intense research on cross-section on-the-fly Doppler broadening, Monte Carlo/Sub-channel coupling, data decomposition in massive burnup calculation and burnup calculation with fuel shuffling, and implement all the methods to achieve the Monte Carlo reactor full-life cycle burnup calculation method based on whole core detailed modeling. The research will be an innovative work with higher academic value, and also will expand the application ranges of reactor Monte Carlo code enormously. Recently, some fundamental progresses of this research have been achieved, and the test results shows the proposed project has a correct research.direction and quite feasible research plan, and will achieve very considerable results.

蒙卡程序在全堆精细模型临界计算中已取得较好的成果并发挥重要的作用，但在全寿期实际燃耗计算方面，距离分析应用还具有较大的差距和不足，使得反应堆物理蒙卡分析有较大的局限性。随着对反应堆全寿期燃耗分析要求的不断提高，基于全堆精细模型的反应堆蒙卡全寿期实际燃耗计算成为了反应堆物理蒙卡方法研究中的难点和热点问题。为了在该研究领域取得突破，实现算法研究和程序开发的国际领先，项目基于已有截面处理、大规模并行以及临界搜索方面的研究基础，重点开展截面在线展宽、蒙卡子通道物理热工耦合、大规模燃耗计算数据分解以及换料燃耗计算等核心方法的研究工作，综合实现并发展基于全堆精细模型的蒙卡全寿期实际燃耗计算方法。该研究不仅具有重要的学术创新价值，并且可以有效的扩展反应堆物理蒙卡程序的应用范围。基于目前研究基础及初步计算结果，项目研究方向正确、计划可行，并且具有较好的预期成果。

基于核能系统安全性和经济性的双重考虑以及不断提高的计算能力，人们对反应堆计算程序的精度、效率和计算能力提出了更高的要求，高保真计算的理念受到越来越广泛的关注。全寿期高保真模拟是反应堆蒙卡研究的热点和难点。本论文基于自主反应堆蒙卡程序RMC，对全寿期高保真模拟开展了研究，主要研究内容包括：.（1）蒙卡物理热工耦合方法。温度相关的截面处理是实现耦合计算的基础，针对多温度连续能量点截面内存占用过大的问题，本文开发了高效的全能区在线截面处理算法。在耦合方面，本文提出了RMC/CTF通用耦合方法，并针对蒙卡耦合中的功率振荡问题，采用了松弛因子方法进行功率更新，达到了提高耦合稳定性及加速收敛的效果。.（2）蒙卡大规模精细燃耗及换料方法。该方法是实现反应堆高保真计算和随机介质计算的重要基础。本文在基于综合并行的大规模燃耗方法、大规模燃耗中的氙平衡修正以及蒙卡换料方法三个方面展开了研究，分别提出了“区域分解+燃耗数据分解+混合并行”结合组统计的方法、基于Batch的改进平衡氙方法及收敛判据和基于“材料数据-几何-计数器-燃耗数据”映射关系的内置换料方法。.（3）基准题验证与分析。基于高保真耦合基准题VERA和BEAVRS，验证了RMC的高保真耦合计算能力及其正确性；基于高温堆及其燃耗基准题，验证了RMC的随机介质输运-燃耗计算能力及其正确性。.本课题在蒙卡高保真耦合模拟方面取得了方法上的创新以及程序计算能力的突破，不仅使RMC程序在反应堆全寿期高保真模拟的研究达到了先进水平，同时也具有明确的工程应用价值。