chapter13反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)

1、反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)本科教學(xué)（48學(xué)時(shí)）2022-3-60哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容反應(yīng)堆設(shè)計(jì)所涉及到的技術(shù)區(qū)域包括：核設(shè)計(jì)；反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)；輻射屏蔽的基本設(shè)計(jì)。熱工水力設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯和燃料元件的熱工分析；一回路冷卻劑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2022-3-61哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉2反應(yīng)堆控制和動(dòng)力學(xué)分析；反應(yīng)堆控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)；與核分析和熱工分析有關(guān)的燃料元件的設(shè)計(jì)；堆

2、體結(jié)構(gòu)與內(nèi)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)。熱力學(xué)分析；對(duì)用以產(chǎn)生電能的熱力學(xué)循環(huán)的分析和設(shè)計(jì)。70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉3安全分析；在各種假想事故工況下，反應(yīng)堆性能的分析。經(jīng)濟(jì)分析。核電投資與成本及其評(píng)價(jià)。上述各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域彼此之間是密切相關(guān)的。在任一領(lǐng)域內(nèi)所做的決定都將影響到其它領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉4設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)可以大致分為三個(gè)階段：概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)任何一個(gè)核電廠反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的第一步經(jīng)

3、常是根據(jù)同一種堆型的不同方案進(jìn)行多方案的概念設(shè)計(jì)，以便選取最佳方案。選擇最佳方案的基本原則是在保證安全的前提下獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。這是一個(gè)最優(yōu)化的問(wèn)題，最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是電力價(jià)格，約束條件是反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的安全準(zhǔn)則，優(yōu)化變量是核電廠的一系列參數(shù)。70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉5最佳方案的選取常常依靠過(guò)去的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在安全限制條件下，確定系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)的允許變化范圍。在此范圍內(nèi)選擇各個(gè)參數(shù)的不同組合進(jìn)行比較，確定最佳方案。一旦主要參數(shù)確定下來(lái)，就要詳細(xì)的做出核設(shè)計(jì)、熱工水力設(shè)計(jì)、燃料組件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、熱力循環(huán)分析以

4、及安全和經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)。如果有不妥之處，要對(duì)選擇的參數(shù)做適當(dāng)?shù)男薷?，重新進(jìn)行上述設(shè)計(jì)，直到取得滿意的結(jié)果。70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉6初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。在這一設(shè)計(jì)階段：要根據(jù)方案設(shè)計(jì)確定的參數(shù)進(jìn)一步確定反應(yīng)堆的運(yùn)行方式；對(duì)堆芯做仔細(xì)的靜態(tài)分析和初步安全分析，修正方案設(shè)計(jì)的參數(shù)；確定個(gè)系統(tǒng)的具體功能和流程圖；利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則合理的選擇設(shè)備材料和儀器儀表，并做出初步的布置圖。70.70.反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李

5、偉7施工設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)在初步設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行。在這部分工作中，要對(duì)堆芯進(jìn)行仔細(xì)的動(dòng)態(tài)分析，完成初步安全分析報(bào)告和全部一、二回路系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。這一階段的設(shè)計(jì)要繪制所有系統(tǒng)的詳細(xì)布置圖（包括管道布置的模型）以及設(shè)備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、零件和安裝圖，編制必要的技術(shù)要求、調(diào)試大綱和運(yùn)行操作大綱。71.71.反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉8主要任務(wù)主要任務(wù)堆芯物理設(shè)計(jì)的主要任務(wù)主要包括三個(gè)方面：堆芯柵格和功率分布的設(shè)計(jì)計(jì)算，反應(yīng)性控制設(shè)計(jì)計(jì)算，燃耗分析和堆芯內(nèi)燃料管理。堆芯柵格和功率分布的設(shè)計(jì)計(jì)算堆芯柵格和功率分布的設(shè)計(jì)計(jì)算堆芯物理設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的

6、分析工作就是計(jì)算堆芯的中子增殖因數(shù)和通量（功率）密度分布。71.71.反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉9堆芯功率分布的計(jì)算將隨各種參數(shù)靈敏的變化。由于在堆芯壽期內(nèi)裂變核素的消耗和新核素的產(chǎn)生與積累，反應(yīng)堆的功率密度也將隨空間和時(shí)間而變化。堆芯熱工設(shè)計(jì)最感興趣的參數(shù)是堆芯功率密度的峰值與平均值之比，即熱通道因子或功率分布不均勻系數(shù)。通過(guò)功率分布不均勻系數(shù)可以確定堆芯設(shè)計(jì)是否超出了熱工限制范圍。而要獲得熱通道因子，必須進(jìn)行堆芯的功率分布計(jì)算。71.71.反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李

7、偉10反應(yīng)性控制設(shè)計(jì)計(jì)算反應(yīng)性控制設(shè)計(jì)計(jì)算為補(bǔ)償初裝核燃料所具有的剩余反應(yīng)性以及保證反應(yīng)堆運(yùn)行的靈活性和安全性，必須進(jìn)行反應(yīng)性控制設(shè)計(jì)和堆芯動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)。此時(shí)需要對(duì)各種控制手段進(jìn)行反應(yīng)性分配，并進(jìn)行控制棒布置方式與反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)的提棒程序進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中還必須計(jì)算各種反應(yīng)性反饋系數(shù)以及裂變產(chǎn)物中毒物積累所引起的反應(yīng)性效應(yīng)等。71.71.反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉11燃耗分析和堆芯內(nèi)燃料管理燃耗分析和堆芯內(nèi)燃料管理在反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中，由于裂變核素的消耗和裂變產(chǎn)物的產(chǎn)生和積累，燃料中的成分將發(fā)生變化，堆芯中子增殖系數(shù)和功率分布計(jì)

8、算在整個(gè)堆芯運(yùn)行壽期內(nèi)必須進(jìn)行多次。關(guān)于堆芯功率分布與隨時(shí)間變化的堆芯核素的產(chǎn)生或消耗間相互關(guān)系的研究通常稱為燃耗分析。這部分研究?jī)?nèi)容關(guān)系到核能的經(jīng)濟(jì)性。堆芯內(nèi)燃料管理的目標(biāo)是：在反應(yīng)堆運(yùn)行所規(guī)定的設(shè)計(jì)限度內(nèi)使燃料裝載、布置和換料方案最佳化，以便最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)生電能。堆芯內(nèi)燃料管理和燃耗分析課題是密切相關(guān)的。71.71.反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉12設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則堆芯物理設(shè)計(jì)必須遵循（滿足）以下準(zhǔn)則：反應(yīng)性溫度系數(shù)；燃料的反應(yīng)性溫度系數(shù)為負(fù)值；慢化劑溫度系數(shù)為負(fù)值。最大可控反應(yīng)性引入率；控制棒束的抽出或硼含量的稀釋引起的反應(yīng)性最大引

9、入率必須小于某規(guī)定值；單個(gè)控制棒組件的最大價(jià)值應(yīng)低于某規(guī)定的限制，保證出現(xiàn)失控抽棒或彈棒事故時(shí)，不會(huì)發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。71.71.反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)反應(yīng)堆堆芯物理設(shè)計(jì)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉13停堆裕度；反應(yīng)堆從運(yùn)行工況進(jìn)入熱停堆或冷停堆時(shí)，必須由一個(gè)最小停堆裕度；緊急停堆時(shí)，必須假定一束控制棒價(jià)值最大的棒卡在全抽出位置時(shí)，還能滿足停堆裕度的要求。燃耗；燃料棒的平均燃耗深度能夠達(dá)到某設(shè)計(jì)規(guī)定值；燃耗最大的燃料棒的燃耗深度必須小于規(guī)定的極限值。穩(wěn)定性。當(dāng)堆芯功率輸出保持常數(shù)時(shí)，如果堆芯發(fā)生功率的空間振蕩，應(yīng)該能夠被測(cè)出并加以抑制或?qū)嵭斜Ｗo(hù)停堆。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)

10、與多群常數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉14核數(shù)據(jù)的測(cè)量、編纂與評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)的測(cè)量、編纂與評(píng)價(jià)在進(jìn)行核反應(yīng)堆的核設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要知道不同能量的中子和各種物質(zhì)相互作用的截面和有關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)統(tǒng)稱為核數(shù)據(jù)。核數(shù)據(jù)是核科學(xué)技術(shù)研究和核工程設(shè)計(jì)所必需的基本數(shù)據(jù)，也是核反應(yīng)堆核計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)。核數(shù)據(jù)主要來(lái)源于實(shí)驗(yàn)測(cè)量。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉15對(duì)于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的核數(shù)據(jù)，其存在以下問(wèn)題：對(duì)于同一截面數(shù)據(jù)，不同的實(shí)驗(yàn)和不同的實(shí)驗(yàn)方法給出的數(shù)值可能不同，這樣就必需對(duì)已有的核數(shù)據(jù)進(jìn)行

11、分析、選取和評(píng)價(jià)；核計(jì)算要涉及到大量的同位素以及廣闊能量區(qū)間內(nèi)的核反應(yīng)截面和能量的復(fù)雜關(guān)系，其所需的核數(shù)據(jù)量非常龐大，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可能完全覆蓋；對(duì)于一些能量區(qū)間和部分核素，核數(shù)據(jù)存在空白，需要利用理論計(jì)算或內(nèi)插方法來(lái)填補(bǔ)空缺的數(shù)據(jù)。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉16由于以上問(wèn)題，實(shí)際使用的并不是直接實(shí)驗(yàn)測(cè)量的原始核數(shù)據(jù)，而是經(jīng)過(guò)編纂和評(píng)價(jià)的核數(shù)據(jù)：編纂（compilation）：指收集、整理和貯存有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和材料；評(píng)價(jià)（evaluation）：指分析、比較、鑒定及理論處理等。在經(jīng)過(guò)以上工作后，將核數(shù)據(jù)匯編成核工程人

12、員使用的形式，以供核工程計(jì)算使用。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉17常用的核數(shù)據(jù)庫(kù)常用的核數(shù)據(jù)庫(kù)目前常用的評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)庫(kù)包括：ENDF/B：美國(guó)（BNL）；JEF2.2：歐共體（NEA Data Bank）；JENDL3.2：日本（JAERI）；BROND-2：俄羅斯（）；CENDL-2：中國(guó)（CNDC）。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉18ENDF是目前公認(rèn)的最完整、先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。其由ENDF/A和ENDF/B兩個(gè)庫(kù)組成。ENDF/A庫(kù)主要貯存各

13、種核素完整的或不完整的數(shù)據(jù)。對(duì)于某特定核，它可以包括若干個(gè)不同系列的數(shù)據(jù)；對(duì)于某些核反應(yīng)則可能沒(méi)有任何數(shù)據(jù)；某些核數(shù)據(jù)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)。ENDF/A庫(kù)僅是作為供編纂評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)的一個(gè)庫(kù)，不能供工程計(jì)算設(shè)計(jì)直接使用。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉19ENDF/B庫(kù)則是經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)的核數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)某一特定核只包含一組評(píng)價(jià)過(guò)的截面，數(shù)據(jù)盡可能完整，其包括：核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)所需的各種材料和核素，包括能量從10-5eV20MeV范圍內(nèi)的所有重要的中子反應(yīng)的整套核數(shù)據(jù)；光子相互作用的截面以及其它非中子的核數(shù)據(jù)。72.72.核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常

14、數(shù)庫(kù)核數(shù)據(jù)庫(kù)與多群常數(shù)庫(kù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉20在ENDF/B庫(kù)中，由于核數(shù)據(jù)量極為龐大，因此實(shí)際截面數(shù)據(jù)并不全部以表值形式保存，而是以幾種不同方式給出：對(duì)于某些核素的截面以離散表值給出，同時(shí)也給出利用這些表值的內(nèi)插方法；對(duì)于某些核素，則采用擬合參數(shù)或計(jì)算公式的形式給出，當(dāng)需要這些核素的截面數(shù)據(jù)時(shí)，利用擬合參數(shù)通過(guò)處理程序計(jì)算出所需能量點(diǎn)的截面數(shù)據(jù)。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉21盡管從類ENDF/B核數(shù)據(jù)庫(kù)中可以獲得反應(yīng)堆核設(shè)計(jì)中需要核截面數(shù)據(jù)，但是在反應(yīng)堆物理計(jì)算中并不直

15、接使用ENDF/B核數(shù)據(jù)庫(kù)。這是因?yàn)椋哼@些核數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)非常龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，其提供的數(shù)據(jù)庫(kù)必需通過(guò)一些處理程序才能得到各種截面數(shù)據(jù)；反應(yīng)堆物理計(jì)算通常采用分群近似，設(shè)計(jì)時(shí)需要的是按能量平均的截面值，即群常數(shù)。因此，ENDF/B庫(kù)通過(guò)處理程序產(chǎn)生的“多群常數(shù)庫(kù)”才是反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)直接使用的核數(shù)據(jù)庫(kù)。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉22多群常數(shù)庫(kù)多群常數(shù)庫(kù)從評(píng)價(jià)核數(shù)據(jù)庫(kù)ENDF/B選取核數(shù)據(jù)制作成能點(diǎn)式或能群形式中子和光子截面，目前通常是采用NJOY核數(shù)據(jù)處理程序來(lái)完成的。它可以：從ENDF/B產(chǎn)生不同核素的不同能群的

16、截面；從共振參數(shù)計(jì)算出考慮Doppler效應(yīng)的不同溫度下的共振積分；產(chǎn)生有關(guān)彈性散射和非彈性散射矩陣；產(chǎn)生考慮熱化效應(yīng)的熱能區(qū)的中子散射截面。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉23在目前比較著名和應(yīng)用比較多多群常數(shù)庫(kù)包括：WIMS（英國(guó)）69群多群常數(shù)庫(kù)；EPRI（美國(guó)）69群多群常數(shù)庫(kù)；PHOENIX（美國(guó)）42群多群常數(shù)庫(kù)；CASMO-3多群常數(shù)庫(kù) 。 73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉24對(duì)于群截面的表達(dá)式可以寫為：如果只考慮能譜

17、的平均，則群截面的定義可以寫為： ,ggxEx gEdEr EErdEr E,ggxEx gEdEEEdEE73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉25從表達(dá)式可見(jiàn)，群截面不僅與截面x(E)本身相關(guān)，而且還依賴于中子能譜(E)。但是(E)與反應(yīng)堆的類型和材料結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。因此，群常數(shù)與反應(yīng)堆類型、大小及成分是相關(guān)的。為了使多群常數(shù)具有通用性，希望處理得到的群截面盡量不依賴于中子通量密度能譜分布或反應(yīng)堆的具體材料構(gòu)成。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技

18、術(shù)學(xué)院 李偉26這在下面情況下是可以近似滿足的：能群數(shù)量足夠多，能群寬度Eg足夠?。辉贓g足夠小時(shí)，x(E)在Eg內(nèi)變化較小或近似為常數(shù)；對(duì)于大多數(shù)核素的散射截面是成立的，因?yàn)樵诤艽蠓秶鷥?nèi)它是比較平坦的；對(duì)于吸收截面，出共振區(qū)外，對(duì)大多數(shù)元素均近似服從1/v律變化，其變化是光滑緩慢的。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉27對(duì)于多數(shù)不同的反應(yīng)堆：高能部分的中子能譜基本與裂變譜(E)接近；中能區(qū)域的中子能譜近似都服從1/E律；熱能區(qū)中子能譜接近于Maxwell分布律。因此，如果能群數(shù)目分得充分多，并應(yīng)用上述近似能譜來(lái)制

19、作多群常數(shù)庫(kù)，其與系統(tǒng)的具體成分以及幾何和堆型就沒(méi)有密切的聯(lián)系。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉28共振群常數(shù)的計(jì)算共振群常數(shù)的計(jì)算在中子慢化過(guò)程中，在大于1eV0.01MeV的范圍內(nèi)，存在著一系列的共振吸收峰。由于共振吸收截面隨能量的變化規(guī)律以及反應(yīng)堆柵格結(jié)果的復(fù)雜性，使共振吸收截面的計(jì)算非常困難。由于共振能區(qū)的自屏和互屏等強(qiáng)烈的非均勻效應(yīng)，使得共振吸收截面不僅是能量的函數(shù)，而且還與柵元的幾何結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系 。 73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科

20、學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉29對(duì)于共振能區(qū)群常數(shù)，群常數(shù)庫(kù)只給出有關(guān)吸收劑的共振參數(shù)數(shù)據(jù)，而共振能群的吸收截面則必須根據(jù)提供的參數(shù)，對(duì)給定柵元進(jìn)行具體的計(jì)算后求出。在燃料組件群常數(shù)計(jì)算的軟件包中（比如WIMS、CPM、CASMO）都有專門的模塊（或子程序）來(lái)計(jì)算共振能群的截面。73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉30對(duì)于這部分模塊，其主要解決以下三個(gè)問(wèn)題：柵元有效共振積分的計(jì)算；首次碰撞概率的有理近似及等價(jià)原理的應(yīng)用；互評(píng)效應(yīng)及Dancoff因子的計(jì)算。對(duì)于給定燃料柵元，根據(jù)群常數(shù)定義，吸收劑的g群共振吸收截面為：,ggaE

21、a gEdEEEdEE73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉31g能群的有效共振積分Ig為：如果一個(gè)能群內(nèi)有若干個(gè)共振峰，則第i個(gè)共振峰的有效共振積分可以寫成：ggaEIdEEEiiaEIdEEE73.73.反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)反應(yīng)堆物理計(jì)算中的群常數(shù)2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉32上式中Ei為第i個(gè)共振峰的寬度，于是有：從而含有共振峰的能群的吸收截面可以寫成：gii gII,gii ga gEIdEE74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué)

22、核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉33盡管多群常數(shù)庫(kù)應(yīng)用起來(lái)比較方便，但是由于其能群數(shù)量太大，當(dāng)使用數(shù)值方法求解擴(kuò)散方程時(shí)，耗時(shí)將非常長(zhǎng)。特別是對(duì)于燃料管理計(jì)算，通常需要反復(fù)做上百次臨界擴(kuò)散計(jì)算。因此在實(shí)際核設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)中，采用的是“少群（26）”來(lái)做擴(kuò)散計(jì)算。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉34為獲得少群常數(shù)，就需要正確的求得具體反應(yīng)堆的中子慢化能譜。中子慢化能譜往往和具體的堆芯燃料-慢化劑成分和柵元及燃料組件的幾何結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，一般沒(méi)有通用的少群常數(shù)表，必須根據(jù)具體反應(yīng)堆柵元結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。少群常數(shù)的計(jì)算是反應(yīng)堆計(jì)算的一個(gè)

23、重要組成部分。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉35反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)的少群常數(shù)計(jì)算是分兩步或兩部分來(lái)完成的：第一步是多群常數(shù)庫(kù)的建立，這個(gè)庫(kù)對(duì)于不同類型的反應(yīng)堆或?qū)τ陬愃瞥煞值姆磻?yīng)堆是通用的；第二步是利用上述多群常數(shù)庫(kù)，對(duì)所討論堆芯柵元或燃料組件求解出近似的柵元或燃料組件的近似多群能譜n，然后根據(jù)多群與少群的劃分對(duì)應(yīng)關(guān)系歸并出所需要的少群群常數(shù)。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉36根據(jù)多群與少群的劃分對(duì)應(yīng)關(guān)系可得：,x nnn gx gnn g

24、74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉37對(duì)于一個(gè)壓水堆，其堆芯是由上萬(wàn)個(gè)非均勻燃料柵元組成的，在進(jìn)行堆芯核設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)不可能詳細(xì)的考慮結(jié)構(gòu)的非均勻性。通常采用的是按照區(qū)域進(jìn)行均勻化處理。所謂“均勻化”的思想就是用一個(gè)等效的均勻介質(zhì)來(lái)代替非均勻柵格，使得計(jì)算結(jié)果和非均勻柵格相等或接近。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉38在核設(shè)計(jì)前，首先要對(duì)所要設(shè)計(jì)的堆芯計(jì)算出按區(qū)域均勻化的少群截面。這就涉及到能量上能群的簡(jiǎn)并和空間幾何結(jié)構(gòu)上的均勻化兩方面問(wèn)題。通常

25、所采用的策略是：空間上先從局部的比較簡(jiǎn)單的小區(qū)域開(kāi)始，逐步擴(kuò)展組件乃至全堆芯進(jìn)行均勻化計(jì)算；能量則從多群逐步歸并到少群乃至雙群。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉39非均勻反應(yīng)堆的計(jì)算可以分成三個(gè)步驟進(jìn)行。第一步是從堆芯最基本單元柵元的均勻化開(kāi)始，把組件中各類柵元，包括燃料柵元、控制棒柵元等進(jìn)行均勻化。此時(shí)：計(jì)算的是一個(gè)等效的由燃料、包殼和慢化劑等組成的簡(jiǎn)單一維圓柱。能群采用多群近似；計(jì)算方法則采用精確的輸運(yùn)理論方法（SN，CPM）。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué)

26、 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉40根據(jù)求出的多群中子通量密度的空間-能群分布n,i并群求出柵元的g群均勻化截面：,x nn iin gix gn iin giVV2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉41第二步是利用柵元均勻化的結(jié)果對(duì)燃料組件進(jìn)行均勻化與并群計(jì)算。此時(shí)：計(jì)算的是一個(gè)二維（x,y）問(wèn)題；能群數(shù)目則是柵元計(jì)算所歸并出來(lái)的寬群數(shù)目（412群）；此時(shí)采用的計(jì)算方法一般是SN或TPM方法。74.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉42第三步是利用得到的少（雙）群常數(shù)做全堆芯的擴(kuò)散計(jì)算以求出堆芯的有效增殖系數(shù)和功率或中子通量分布。此時(shí)采用的計(jì)算方法是有限差分法或節(jié)塊方法進(jìn)行二維或三維計(jì)算。74.74.均勻化少群群常數(shù)均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算的計(jì)算2022-3-6哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李偉4374.74.均勻化少群群常數(shù)的計(jì)算均勻化少群群常數(shù)