[发明专利]一种临界硼浓度搜索的方法及设备

说明书

本发明公开了一种临界硼浓度搜索的方法及设备，用于实现反应堆物理计算程序临界硼浓度搜索功能。采用微扰理论推导硼浓度价值计算公式；计算中子通量与伴随中子通量，从而计算硼浓度价值；利用逆微扰算法流程实现临界硼浓度功能。该方法与传统工业应用的牛顿拉富生方法相比，都采用迭代的方式进行临界搜索计算；二者最大的区别在于逆微扰算法无需假设两次硼浓度即可得到当前状态的硼浓度价值，从而预测目标状态下的硼浓度。本发明提出的逆微扰算法具有较高的搜索效率以及搜索精度。

技术领域

本发明涉及核反应堆堆芯技术领域，具体涉及一种临界硼浓度搜索的方法及设备。

背景技术

临界搜索(Criticality Search)是反应堆物理中一类常见问题，即确定反应堆的某一未知参数，使得反应堆运行处于临界状态。广义的临界搜索可认为搜索某一参数使得反应堆运行处于目标状态。搜索的目标参数称为临界参数，如临界硼浓度、临界控制棒位等。临界搜索可以认为是临界计算的逆过程，在燃耗计算与长循环分析中有着重要的应用。

目前，“两步法”程序仍是工业应用的主流，临界参数搜索法多运用于组件或堆芯扩散程序中，并采用牛顿-拉富生方法(NRM,Newton-Raphson Method)。以硼浓度搜索为例，牛顿-拉富生方法首先猜测一个初始硼浓度，并通过典型的源迭代方法计算初始有效增殖因子；接着再主观猜测一个硼浓度值执行一次计算得到；基于两次假设的硼浓度和计算的可以得到硼浓度价值，从而可以通过目标估计下次迭代的硼浓度值，重复迭代直到搜索的误差满足要求。传统的牛顿-拉富生方法存在两个问题：

(1)第一个问题是迭代初始两代都是假设的硼浓度计算，后续的迭代流程受初始两代硼浓度选择的影响较大；

(2)第二个问题是硼浓度价值计算采用两次计算的差值与硼浓度差值之比得到，存在较大偏差，搜索效率不高。对于当下正在发展的“一步法”输运程序来说，由于求解中子输运方程计算量增加，传统的临界参数搜索方法导致搜索次数较多，带来的计算量较大，因此需要发展新的临界搜索方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种临界硼浓度搜索的方法，利用微扰理论及伴随中子通量，用于实现反应堆物理计算程序临界硼浓度搜索功能，相比于传统的牛顿-拉富生方法，减少搜索次数，从而提高搜索效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种临界硼浓度搜索的方法，包括以下步骤：

S1.设定初始硼浓度；

S2.通过反应堆物理计算程序求解中子输运方程及伴随中子输运方程得到当前状态下的中子通量和伴随中子通量以及有效增殖因子；

S3.利用微扰理论公式计算硼浓度价值；

S4.更新下次计算的硼浓度计算有效增殖因子；

S5.判断有效增殖因子的误差是否满足需求，若满足，则结束计算；若不满足则重复步骤S2-S5的步骤。

进一步优选，步骤S3中，通过下式计算硼浓度价值

其中，δ表示偏微分，B是裂变算子，A是除裂变算子的其他算子总和，计算临界硼浓度价值λ是有效增殖因子的倒数，表示为B是裂变算子，A是除裂变算子的其他算子总和，ψ是中子通量，ψ^*是伴随通量。

进一步优选，步骤S4中，通过下式更新下次计算的硼浓度计算有效增殖因子：

其中，是目标状态下的有效增殖因子。

进一步优选，步骤S2中，通过以下中子运输方程和伴随中子输运方程计算获取中子通量和伴随中子通量：