PROTEUS-MOC在TREAT試驗堆穩態中子學計算中的應用

張廣春 劉 杰YANG Won Sik

1（國防科技大學 并行與分布處理國家重點實驗室 長沙 410073）

2（國防科技大學 復雜系統軟件工程湖南省重點實驗室 長沙 410073）

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（University of Michigan，AnnArbor，Michigan 48105，United States）

TREAT［1］（Transient Reactor Test Facility）是由美國阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory，ANL）設計的一種氣冷石墨慢化反應堆，主要用于測試核材料和結構材料在瞬態工況下的性能。TREAT于20世紀50年代建造，1959年開始運行，1994年進入待命狀態。福島事故后，美國核工業界迫切需要研制先進的事故容錯燃料（Accidenttolerant Fuel，ATF），以提高核電站在事故狀態下的可靠性。為此，美國能源部在2017年對TREAT進行了重啟，以對ATF燃料進行性能測試。在進行燃料性能實驗時，TREAT會將部分燃料組件移出形成空腔，以使中子更容易達到堆外的中子輻射探測器上。因此，TREAT在中子學特性上表現為很強的泄漏性和非均勻性，對傳統的三維中子輸運計算方法提出了較大挑戰。

當前的全堆輸運計算以Monte Carlo方法［2］或確定論方法為主。Monte Carlo方法計算效率太低，一般作為基準驗證方法使用。確定論方法的代表是二 維/一 維（2D/1D）特 征 線（Method of Characteristics，MOC）耦合方法［3-4］。這類方法在徑向上采用MOC方法，軸向上采用低階近似描述中子通量的行為，無法處理軸向強中子泄漏的問題。PROTEUS-MOC［5］是 由 ANL 在 NEAMS（Nuclear Energy Advanced Modeling and Simulation）計劃支持下，為解決2D/1D方法的問題而開發的高保真三維中子輸運程序。程序具有以下特性：1）在徑向上采用二維MOC方法處理X-Y方向上的非均勻性，在軸向上采用一維間斷有限元方法處理Z方向上的非均勻性，數學基礎堅實，具有很好的計算穩定性，能夠克服計算2D/1D方法在計算強中子泄漏問題時的不穩定性；……