[发明专利]一种精确计算燃料组件棒功率分布的方法

权利要求书

1.一种精确计算燃料组件棒功率分布的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：进行共振计算和输运计算，得到每个燃耗状态下的每个核素的多群微观俘获截面和微观裂变截面以及各个计算区域的中子通量密度；具体包括如下步骤：

1)从数据库中读取各个核素的原始多群微观俘获截面和微观裂变截面的信息；

2)从输入卡片中读取材料中包含的核素核子密度，温度，几何信息；

3)根据输入卡片中的几何信息进行建模：首先根据输入卡片的几何描述得到燃料组件的各个计算区域的边界；其次建立特征线以及各个计算区域边界的数学方程组，联立方程组求解计算特征线和每个区域边界的交点坐标，得到相应的特征线段长度信息；为共振计算和输运计算提供模块化特征线信息；

4)基于1)和2)所得到的微观俘获截面和微观裂变截面、核子密度和温度信息采用子群方法进行共振自屏计算，得到各个核素的多群有效自屏截面，具体的计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_{x,g,iso}=\frac{{\∫}_{{\mathrm{\ΔE}}_g}{\mathrm{\σ}}_{x,g,iso}\left(E\right)\mathrm{\φ}\left(E\right)dE}{{\∫}_{{\mathrm{\ΔE}}_g}{\mathrm{\σ}}_{x,g,iso}\left(E\right)dE}---\left(7\right)$

式中：

σ——核截面的标识；

x——核反应道标识；

g——能群标识；

iso——核素标识；

ΔE_g——第g群的能量宽度；

φ——中子通量密度；

采用子群方法进行共振自屏计算时，上式中中子通量密度的值通过固定源形式的中子输运方法计算获得；

5)根据4)所得到的有效共振自屏截面，计算得到各个区域的宏观截面，具体的计算公式如下：

${\mathrm{\Σ}}_{x,g}\left(r\right)=\underset{iso=1}{\overset{ISO}{\Σ}}{\mathrm{\σ}}_{x,g,iso}{N}_{iso}\left(r\right)---\left(8\right)$

式中：

Σ——宏观截面；

r——子区域；

N_iso——核素iso的核子密度；

6)根据3)、4)、5)得到的信息采用MOC特征线方法进行中子输运计算，得到各个区域的中子通量密度，具体的计算公式如下：

$\mathrm{\Ω}\·\▿{\mathrm{\ψ}}_g(r,\mathrm{\Ω})+{\mathrm{\Σ}}_{t,g}\left(r\right){\mathrm{\ψ}}_g(r,\mathrm{\Ω})=Q_g(r,\mathrm{\Ω}),g=1,...,G---\left(9\right)$

式中：

Ω——角度方向；

——梯度算子；

ψ_g——第g能群中子角通量密度；

G——能群总数；

Σ_t,g——第g群的宏观总截面；

Q——中子输运方程源项；

由此得到各个计算区域的中子通量密度；

步骤2：根据燃耗库中提供的信息，通过计算得到精确的释热能量，具体包括如下步骤：

1)从燃耗数据库中得到平均每次辐射俘获释能从截面数据库中得到每个核素的平均裂变中子数，根据公式(5)计算得到每次裂变引起的辐射俘获反应总释放能量Q_c,i；

2)根据燃耗数据库中得到的每个核素总的近似能量释放与每次裂变引起的辐射俘获反应总释放能量之差，得到仅仅由于裂变引起的能量释放，具体公式如下：

κ′_i＝W_fiss,i+W_n,i (10)

式中：

κ′_i——能量释放；

W_fiss,i——直接裂变能量；

W_n,i——入射中子能量；

3)从燃耗库中得到每个核素每次辐射俘获释热能量q_i，计算宏观释热截面，具体公式如下：

${\mathrm{\κ\Σ}}_{f,m,g}^{\′}=\underset{i\∈m}{\Σ}{\mathrm{\κ}}_i^{\′}{N}_i{\mathrm{\σ}}_{f,i,g}+\underset{i\∈m}{\Σ}{q}_i{N}_i{\mathrm{\σ}}_{c,i,g}---\left(11\right)$

式中：

N_i——核素i的核子密度；

κΣ'_f,m,g——区域m的第g群宏观释热截面；

σ_f,i,g——核素i的第g群微观裂变截面；

σ_c,i,g——核素i的第g群微观俘获截面；

q_i——核素i每次辐射俘获能量释放；

4)得到精确定义的宏观释热截面之后，燃料组件内的功率计算由下式计算得到：

式中：

P_cell——单棒功率；

κΣ′_f,j,g——区域j的第g群宏观释热截面；

——区域j的第g群中子通量密度；

V_j——区域j的体积。