[发明专利]一种基于蒙特卡罗方法制作聚变堆多群屏蔽数据库的方法

说明书

一种基于蒙特卡罗方法制作聚变堆多群屏蔽数据库的方法，步骤如下：1、将评价核数据库加工成连续能量ACE格式核数据库；2、对ACE格式数据库中每种核素的所有散射反应道中的信息加和，获得连续能量散射响应系数数据库；3、根据聚变堆真实三维结构，设计简化一维模型；4、采用蒙特卡罗方法，基于ACE格式数据库和连续能量散射响应系数数据库，计算简化模型；5、根据得到的低阶通量、高阶通量以及高阶散射反应率，获得多群高阶散射截面；6、将多群高阶散射截面与多群屏蔽数据库中的总截面、中子产生截面、吸收截面、低阶散射截面、响应函数库进行合并，产生新的聚变堆多群屏蔽数据库。该数据库使得聚变堆辐射屏蔽计算更加准确，降低其安全裕量。

技术领域

本发明涉及粒子输运计算和辐射屏蔽计算领域，具体涉及一种基于蒙特卡罗方法制作聚变堆多群屏蔽数据库的方法。

背景技术

在聚变堆设计过程中，堆芯及厂房的辐射屏蔽计算是一项关键性的任务。目前的辐射屏蔽计算采用两种主流的方法：基于连续能量数据库的蒙特卡罗方法；基于多群屏蔽数据库的确定论方法。确定论方法的基本思想是对空间、角度、能量进行离散，求解离散后的粒子输运方程，用离散的网格分布逼近连续分布。

采用确定论方法求解粒子输运方程时，每次散射后粒子的出射角度可根据函数展开的方法进行处理。已经证明，粒子输运方程中角通量密度的零阶展开系数即为全角度空间积分的粒子通量密度，或称为低阶通量；展开系数大于等于一阶即为高阶通量。对散射截面也需要进行函数展开，展开系数为零阶即为低阶散射截面，展开系数大于等于一阶即为高阶散射截面。

多群屏蔽数据库，即为采用权重函数加权平均的、随能量段离散分布的数据库。权重函数的选取直接影响多群屏蔽数据库的精度。在制作多群屏蔽数据库时，需要先对计算模型进行简化得到简化模型，然后计算简化模型，用简化模型中的通量密度作为权重函数进行加权平均。根据计算简化模型时采用的方法，可以将制作多群数据库的方法分为两大类。第一类为基于确定论的制作多群屏蔽数据库的方法，第二类为基于统计学的制作多群屏蔽数据库的方法。基于统计学的制作多群屏蔽数据库的方法，采用蒙特卡罗方法计算简化模型，统计得到简化模型中的通量密度和各类反应的反应率，如总反应率、吸收反应率、散射反应率、高阶散射反应率等。该类方法基于连续能量数据库，直接模拟粒子的输运过程，不进行方程的离散，避免了离散带来的误差。

但是，传统的基于统计学的制作多群屏蔽数据库的方法，称为传统的统计学方法，存在一些问题。第一，高阶散射反应率的维度多于其它反应率的维度，相同计算条件下，高阶散射反应率的统计波动更大，更难收敛。第二，理论上应该基于高阶通量获得高阶散射截面，但是目前传统的统计学方法仍基于低阶通量获得高阶散射截面，因此传统的统计学方法获得的高阶散射截面存在系统性偏差，导致制作出的聚变堆多群屏蔽数据库不够精确，使得在聚变堆辐射屏蔽设计时需要考虑更多的安全裕量，降低聚变堆辐射屏蔽设计的经济性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于蒙特卡罗方法制作聚变堆多群屏蔽数据库的方法，该数据库的制作方法是将连续能量数据库中每个散射反应道的信息提前加和，制作成连续能量散射响应系数数据库。在进行聚变堆简化模型的蒙特卡罗模拟时，统计获得高阶散射反应率。采用连续能量散射响应系数数据库避免了传统的统计学方法中为了获得高阶散射反应率而必须的反应道抽样，从而降低了高阶散射反应率的统计维度，减小了高阶散射反应率的统计波动。同时，该方法基于无限均匀介质近似和零阶曲率近似，得到高阶通量的统计公式，可以在获得低阶通量的同时直接获得高阶通量，将获得的高阶通量代入高阶散射截面的求解公式中，即可获得多群高阶散射截面，保证了程序开发与理论推导的一致性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案予以实施：

一种基于蒙特卡罗方法制作聚变堆多群屏蔽数据库的方法，步骤如下：

步骤1：利用核数据库加工软件，将评价核数据库加工成连续能量ACE格式核数据库，简称ACE格式数据库；