计算中子增殖率的时间强迫碰撞方法.pdfVIP

维普资讯 计 算 物 理 第23卷 第 1期 CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICS V01．23．No．1 2006年 1月 Jan．，2o06 [文章编号] 1001．246X(2006)01．0001．09 计算中子增殖率的时间强迫碰撞方法 王瑞宏 ， 邓 力 ， 许海燕 ， 裴鹿成 (1．北京应用物理与计算数学研究所 ，北京 100088；2．中国原子能科学研究院，北京 102413) [摘 要] 为获得更多粒子在特定时间步 内的碰撞信息，给出3种解决介质非均匀的时间强迫碰撞抽样方法： 离散化抽样方法，强截面抽样方法和均匀时间抽样方法．将强迫碰撞方法 由只适合在各 自均匀的几何区域 内分 别强迫碰撞，扩展为也适合在特定时间步内中子可能经过任意非均匀介质的强迫碰撞 ．通过一个简单的增殖系 统的中子增殖率计算问题，对时间强迫碰撞的3种方法和直接模拟方法进行了计算比较 ．结果表明，3种时间强 迫碰撞方法的效率相差不大，但明显优于直接模拟方法，当步长从 2×10 缩至 10～ s，FOM (计算效率或称优 度)约高出2至4个量级 ． [关键词] 中子增殖率；MonteCarlo方法；时间强迫碰撞方法；离散化抽样方法；强截面抽样方法；均匀时间抽 样方法 [中图分类号] 0242 [文献标识码] A 0 引言 强迫碰撞方法 (ForcedCollisionsMethod)通常是指几何强迫碰撞方法，即为了获得更多中子 (光子或 中子 一 光子耦合)在特定几何区域内的信息，强迫中子碰撞发生在其内的一种 MC(MonteCarlo)方法 ．几何强迫碰 撞方法中，常假设特定的几何区域 中的介质是均匀的，或者，常将介质均匀的几何区域作为特定的几何区 域…．可是 ，在时间强迫碰撞方法的特定时间步内，中子可能经过 的介质常会出现很强的非均匀性 ，因此 ，不 能假设其间的介质是均匀的．本文给出的时间强迫碰撞方法是为了获得更多中子在特定时间步内的信息，强 迫中子碰撞发生在其间的一种 MC方法 ． 在任意一个增殖系统 中，当时间 t足够长时，中子数与 t的关系常可以近似表示成 N(t)=N(0)exp(ctt)， (1) 其 中a是常数 ，称为中子增殖率 (neutronmultiplicationrates)，或简称为 a本征值 ． 目前计算 a本征值的方法有：1)直接方法，即直接统计 中子数分布，稳态情况下依照其定义计算 a值 ； 直接方法的改进方法，取稳态后的多个小时间段的a拟合得到系统a本征值 ．Kp1an，Davis等人的工作均是 采用此类直接方法乜。．2)分时间步迭代方法，尤其对次I临界系统是一个很有效的方法 ．3)k a内外迭代 的 方法，引进一个与 a有关的本征值k(a)计算问题，使计算 a本征值转化成一个计算k本征值的反问题 ：确定 a 使其满足k(a)=1．几乎所有基于确定论方法的程序都采用此办法 ．文 [4]是第一篇介绍 MC程序采用 k．z-a内外迭代方法计算a本征值的文章．它是 MCNP程序计算定态 a本征值的理论基础 ，采用MC裂变源 迭代方法解加虚俘获或虚增殖项的齐次本征中子输运方程计算 k ，然后采用线性回归迭代法给出系统 a 本征值 ．有关资料显示 TRIPOLI，MCBAND，MORSE等大型程序 的公开发布版，均未有计算 a本征值的介绍， 更没有计算非定常中子增值率 a(t)的功能． 计算非定常中子增值率 a(t)的主要方法是直接MC方法．很少见到公开发表的文献资料 ．我们在 以上 方法基础上，研究计算中子增值率的时间强迫碰撞方法 ． 根据式(1)，计算 a的一种常用方法是确定一时间步 △ ，当 t足够长时，a近似为 [收稿 日期]2005—05—23．[修回 日期]2005—10—17 [基金项 目]中国工程物理研究院基金资助项 目 [作者简介]王瑞宏(1967一)，男，江苏，副研，博士生，从事蒙特卡罗方法及其应用