[发明专利]中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质

说明书

本发明公开了一种中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质，方法包括：获取当前状态下的热工水力参数的实测值；基于热工水力参数的参考值和实测值，确定热工水力参数的变化值；基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式。本发明解决了在高计算速度要求下的中子物理截面与热工水力耦合的问题，实现方式简便，适合批量多个能群、多种截面的处理方式，后期适应性修改难度低；而且，可以综合考虑核反应堆中子物理截面与热工水力耦合中的所有影响因素，适用于对范围覆盖度要求较高的场景。

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其涉及一种中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质。

背景技术

中子与物质核的相互作用常用截面来度量。截面实际上是发生某类核反应的几率。截面按照物理定义分为宏观截面Σ和微观截面σ，其中宏观截面Σ表示一个中子与单位体积内所有靶核发生某类核反应的几率，微观截面σ则为靶层中一个靶核与具有某一给定的平均能量的入射中子束中一个中子发生某类核反应的几率。宏观截面与微观截面的换算公式为Σ＝Nσ。其中N为靶核密度。

实验表明微观截面的大小与靶核的性质及入射中子的能量有关系，核物理学家通过实验，将各种核素与不同能量的中子发生核反应的各种截面编制成了数据库，以便应用。

在一个比较常见的反应堆内，活性区内的材料有很多种，因而涉及到的核素也有很多，比如U-235，U-238，氢原子(H)，氧原子(O)，铁原子(Fe)，B-10等等。按照传统的方法，要确定某一单位体积区域内所有靶核材料与某一给定能量的中子发生某种核反应的宏观截面，需要得到该区域内所有单一靶核材料在该中子能量下的该核反应的微观截面，并得到这些核素的核子密度。其中单一靶核材料在某中子能量下的某核反应的微观截面需要去数据库中查找。而核子密度则需要通过反应堆的各个构件的材料组成及分布来确定。

另外，在常见的反应堆内，还有下面这些比较特殊的情况：U-238会因为温度的不同而导致共振吸收截面峰的宽度变化，从而导致对中子共振吸收截面的变化；水(H2O)，重水(D2O)或者任何其他冷却剂在反应堆内以液态形式存在，因此在不同的温度压力情况下，其密度会不同，其核子密度也会相应的不同；硼(B-10)以硼酸的形式溶解在水中，因此密度的不同也会导致硼酸在中子活性区内的含量的变化。简言之反应堆内的温度压力密度状态会对一些关键核素的核子密度带来巨大的影响进而影响宏观吸收截面。

因此在反应堆内以传统的方法从某一特定的热工水力参数得到特定中子能量下的宏观截面需要经历以下过程：通过冷却剂温度压力密度来确定冷却剂材料的核子密度；通过反应堆的各部件材料及分布确定固体材料的核子密度；通过给定的中子能量及核素信息在数据表中查找微观截面；计算获得宏观截面。

上述这种方法足够精确，但是过程复杂，确定核子密度及查找微观截面都需要较长的时间。这种方法可用于堆芯设计，燃料布置确定性计算等领域，但是在对计算速度要求高的实时仿真领域不具备操作性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种中子物理截面与热工水力的耦合方法，包括：

获取当前状态下的热工水力参数的实测值；

基于热工水力参数的参考值和所述实测值，确定热工水力参数的变化值；

基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式。

优选的，所述热工水力参数包括燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度。