【摘要】：輻射屏蔽設計對核設施的安全性和經濟性至關重要,選取合適的屏蔽計算方法是保證屏蔽系統(tǒng)設計質量的關鍵。單一的離散縱標法(SN)或蒙特卡羅方法(MC)分別在處理復雜幾何模型和深穿透問題上存在局限性,難以提供可靠的計算結果。隨著先進核能系統(tǒng)的研究發(fā)展,對輻射屏蔽計算速度和精度提出了更高的要求。為了有效解決同時具有復雜幾何和深穿透特點的復雜屏蔽問題,結合SN和MC方法優(yōu)勢的耦合屏蔽計算方法成為首選。為了快速精確地解決大型核設施復雜屏蔽計算難題,本文提出開展三維蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合方法研究,并通過程序實現(xiàn)耦合屏蔽計算環(huán),靈活用于核設施復雜屏蔽計算。 首先,本文研究了直角坐標系和圓柱坐標系下的三維蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合方法。對源粒子飛行方向與離散角度的三維映射方法開展了研究,并研制出接口程序實現(xiàn)了三維蒙特卡羅-離散縱標耦合方法在直角坐標系和圓柱坐標系中的應用；對三維離散縱標-蒙特卡羅耦合方法進行了全面研究,通過開發(fā)三維粒子角通量密度分布到源粒子概率密度分布函數(shù)的三維映射算法及源抽樣方法,實現(xiàn)直角坐標系和圓柱坐標系下三維離散縱標-蒙特卡羅多面耦合計算。 其次,開發(fā)了三維蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合屏蔽計算程序。耦合程序以蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合方法為基礎,可以實現(xiàn)蒙特卡羅和離散縱標方法之間的不同耦合方式。本文通過直角坐標系和圓柱坐標系下的簡單測試模型對MC-SN、SN-MC和MC-SN-MC三種不同的耦合程序進行了測試計算,并與單一的蒙特卡羅程序MCNP和離散縱標程序TORT計算結果進行比較。結果吻合良好,初步證明了蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合程序系統(tǒng)的正確性和可行性。 為了驗證耦合程序系統(tǒng)在復雜模型計算中的有效性,本文選取美國核管會發(fā)布的基準題分別對蒙特卡羅-離散縱標和離散縱標-蒙特卡羅耦合計算進行基準驗證。將三維蒙特卡羅-離散縱標耦合程序MCNP-TORT用于布魯克海文國家實驗室提供的NUREG/CR-6115壓水堆屏蔽計算。三維蒙特卡羅-離散縱標耦合方法計算結果與基準報告提供的結果符合良好,驗證了該方法處理屏蔽問題的有效性和相應耦合程序使用的正確性。選取橡樹嶺國家實驗室提供的美國HBR-2基準實驗例題對TORT-MCNP耦合程序進行了基準校核計算。TORT-MCNP耦合程序計算結果與實驗值及文獻參考值符合良好,驗證了三維離散縱標-蒙特卡羅耦合方法及程序在大型核裝置屏蔽計算中的精確性和有效性。 最后,將三維蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合方法用于某反應堆堆坑三維屏蔽計算。通過MC-SN-MC兩步耦合計算,給出堆坑通道及小室內的中子和光子通量分布。同時采用MCNP程序進行計算,結果與耦合計算結果吻合較好。表明三維蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合程序系統(tǒng)可以快速有效地解決大尺寸復雜幾何系統(tǒng)內的輸運問題。 本文研究了三維蒙特卡羅-離散縱標雙向耦合計算方法,并完成了相應計算程序系統(tǒng)的開發(fā)與驗證,充分發(fā)揮蒙特卡羅方法模擬復雜幾何和離散縱標方法解決深穿透問題的優(yōu)勢,提高屏蔽計算的速度及精度。該耦合屏蔽計算方法對先進核系統(tǒng)屏蔽設計研究具有重要意義,為精確有效地解決復雜屏蔽問題提供了有力工具。
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TL751;O242.2

【參考文獻】

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1 楊玉中,芮e，

本文編號：2710910