基于目标导向的角度自适应射线效应消除方法研究

Abstract: Shielding calculation method is the key technology of radiation shielding design, which is an important component of nuclear devices design. Discrete ordinates method is one of the major shielding calculation methods, however, ray effects problem may arise, resulting in the scalar flux spatial unphysical oscillations. Adaptive method and goal oriented theory are widely used in many engineering applications, and achieved good results. This project proposes to develop a ray effects mitigation method using goal oriented angular adaptive algorithm, based on neutron importance. Guided by dose equivalent rate and nuclear heat deposition, the angular variable of transport equation is discrete adaptively. The adjoint flux is introduced as weighting function to evaluate the angular discretization error, and the assessment is reused to optimize adaptive discretization. Therefore, a new shielding calculation method will be formed with high precision and high efficiency. The results of this project will contribute to solve key technical problems and improve accuracy of shielding calculation.

辐射屏蔽系统设计是核装置设计的重要组成部分，屏蔽计算方法是辐射屏蔽系统设计的关键技术，离散纵标法是主要的屏蔽计算方法之一，但存在射线效应问题，使得通量密度呈现空间非物理震荡如锯齿波纹状分布。自适应方法和目标导向理论在许多工程领域得到广泛的应用，取得良好的效果。本项目拟采用以中子价值为基础的目标导向理论与角度自适应方法相结合的方法，建立射线效应消除的理论方法。研究以剂量当量率、核热沉积等参量为目标指引输运方程角度变量的自适应离散方法，探讨采用共轭通量为权重函数对角度离散误差进行评估，将评估结果重新作用于自适应的角度变量离散，优化角度变量的离散策略，形成一套高精度、高效率的屏蔽计算方法。本项目的研究成果有助于解决屏蔽计算中的射线效应关键技术问题，提高屏蔽计算精度，工程应用前景广阔。

精确的屏蔽计算方法是辐射屏蔽设计的重要基础，离散纵标法(SN)是主要的计算方法之一。SN对输运方程的方向变量直接离散，导致射线效应问题，极大地影响了计算精度及屏蔽设计的可靠性。本项目基于价值理论的目标导向与角度自适应相结合的方法，研究建立了目标导向的角度自适应射线效应消除方法，有效减小射线效应产生的误差，提高屏蔽计算的精度；获得了射线效应对屏蔽计算精度影响的规律；建立了适应于各向异性散射的先进离散求积组。同时在本项目的资助下，开发了“角度自适应离散纵标输运程序A3DONTRAN”，获得国家软件著作权登记一项。在国内外本领域杂志发表论文17篇，其中SCI收录10 篇，EI收录4篇，中文核心期刊3篇。培养已毕业硕士研究生2 名，在读博士生2名，在读硕士生1名。本项目的研究有助于解决屏蔽计算的关键技术问题，提高屏蔽计算的精度和可靠性，工程应用前景广阔。