本技术提供了一种超临界二氧化碳反应堆能群结构优化方法,涉及核反应堆技术领域,该方法采用粒子群优化算法(PSO)对超临界二氧化碳反应堆的中子能群结构进行优化,以提高计算效率并确保计算精度。本方法首先构建了一维超组件模型,利用Serpent蒙特卡洛程序和VI TAS确定论中子输运程序计算得到参考解。然后,通过PSO算法对能群结构进行优化,迭代更新粒子的位置和速度,寻找最优能群结构。优化过程中,粒子群中的每个粒子代表一组可能的能群边界,通过比较keff、截面、通量、功率等参数,验证优化结果的有效性。本发明的方法能够提高超临界二氧化碳反应堆中子输运计算的精度,并保持全堆功率分布的合理性,为该类型反应堆的优化提供了一种有效的技术手段。
背景技术
传统的超临界二氧化碳反应堆设计中,中子能谱的计算精度和计算效率是关键问题。现有的中子输运计算方法,如“一步法”和“两步法”,在处理复杂的堆芯结构时存在效率和精度的平衡问题。因此,需要一种新的方法来优化能群结构,以提高计算效率并保证计算精度。
气冷快堆作为第四代先进核能系统的候选堆型之一,具有冷却剂出口温度高、投资成本低以及系统简单等优点。典型的气冷快堆通常选用氦气或者超临界二氧化碳作为冷却剂。与氦气冷却剂相比,超临界二氧化碳具有堆芯工作温度低、易实现自然循环以及成本较低等优点。超临界二氧化碳反应堆(SCO2)作为6种第四代先进核能系统堆型之一,具有能够实现高效的核能转换和稳定的反应控制等优点,适用于航空航天、海洋开发等领域,是国际研究热点之一。在堆芯核设计中,中子学计算“一步法”计算较为准确但是计算时间很长,还不具备工程应用条件,目前“两步法”是主流方法。包括组件少群常数计算,堆芯扩散/输运计算。其中,少群截面计算是核反应堆设计“两步法”中重要内容,是连接组件少群常数计算和堆芯扩散/输运计算的桥梁,且能群的划分在很大程度上决定少群均匀化截面的计算精度,并极大地影响全堆芯计算效率。少群参数均匀化主要包括空间均匀化和能量均匀化两部分。
超临界二氧化碳反应堆堆芯内中子的能量分布范围广泛,每个燃料组件中包含不同类型的栅元,这使得中子学计算在宏观上具有中子能量跨度大和几何结构复杂的特点。超临界二氧化碳反应堆与传统的压水堆和快中子反应堆有较大的中子学差异,反应堆堆芯布置较为复杂,组件间存在强的能谱干涉效应,由于堆芯中能谱干涉效应的存在,单组件的能谱与多组件模型中该组件的能谱有较大区别,这就导致了传统的能群划分方式并不适用于该堆型,显然,采用概率论方法或者确定论方法对精细描述的反应堆进行一次性计算是最为精确与直接的计算方法,然而需要投入大量粒子进行抽样以降低计算方差,势必需要昂贵的计算代价。相比之下,确定论方法在能量、空间、角度构成的相空间内直接进行数值离散并完成求解计算,但对全堆芯一步法计算的方法其内存需求及计算代价也相当大。
国内外针对提高少群截面数据精度的方法进行了大量深入的研究。在国内,上世纪70年代就有简单应用蒙特卡罗方法计算少群常数的例子。中国核动力院2004年开发了通用几何燃料组件群常数计算程序,该程序着眼于利用蒙特卡罗方法处理复杂几何问题的能力,使用多群截面库,无法利用连续能量精度高的优势。目前,国际上通常采用NJOY或AMPX程序,利用三步法产生与实际问题密切相关的宽群常数库,第一步先要对连续点截面进行处理,产生细群截面。根据计算问题类型的不同,细群的能群结构有不同选择。此外,中国原子能科学研宄院还针对于控制棒非均匀效应较强的特点,开发出了少群截面修正序CREC,对中国钠冷示范快堆的安全棒以及补偿棒的12群少群截面进行了截面修正计算研究。华北电力大学针对于快堆多群截面的计算需求,开发了MGGC程序,该程序基于NJOY程序产生的MATXS格式的多群数据库,通过邦达连科模型的背景截面迭代方法生成与问题相关的多群截面。西安交通大学开发的快堆中子学计算程序SARAX中的多群截面处理程序TUL IP程序采用确定论与蒙卡方法相结合的原理进行多群截面的计算,对于多群截面采用蒙卡方法产生。上述的方法都有一个共同点,那就是多群截面的计算是基于他们自己预先制作的连续点截面数据库进行的,而这些数据库是通过他们内部程序处理的,通常外界不可用。
实现思路