雙重非均勻系統反應性等效物理轉換方法

婁 磊，柴曉明，姚 棟，彭星杰，李滿倉，于穎銳，王連杰

(中國核動力研究設計院 核反應堆系統設計技術重點實驗室,成都610213)

顆粒型彌散燃料和彌散可燃毒物已在核反應堆工程中得到應用[1-2]。顆粒型彌散燃料能夠包容裂變產物，在高溫和深燃耗情況下可確保燃料的完整性，有效防止放射性物質擴散。顆粒型彌散可燃毒物能夠依靠毒物顆粒的自屏效應，實現堆芯反應性的長期平穩控制，通過控制顆粒尺寸，可提高使用可燃毒物的靈活性。但與常規燃料芯體相比，顆粒型彌散系統在常規柵格層面的非均勻性基礎上，增加了微觀層面彌散顆粒與基體的非均勻性，因此，具有雙重非均勻性。傳統中子學計算軟件僅能描述和處理柵格層面的非均勻性，不能處理雙重非均勻系統中顆粒的自屏效應。

為解決雙重非均勻性問題，反應堆物理學者們提出了眾多方法，其中主要有蒙特卡羅方法和確定論方法。蒙特卡羅方法主要采用顯式建模或弦長抽樣方法，如MCNP6[3]、Serpent[4]、MVP[5]及RMC[6]等；確定論方法主要是在不同層面以等效或修正的方法處理雙重非均勻效應，如韓國Kim等采用的體積均勻化(volumetric homogenization，VH)方法是最簡單的處理方法[7]，但忽略了彌散顆粒的空間自屏。Kim等還提出用反應性等效物理轉換(reactivity-equivalent physical transformation, RPT)方法處理彌散顆粒燃料的雙重非均勻系統[7]，但該方法在處理彌散可燃毒物顆粒的雙重非均勻性時效果不佳。隨后，Li等提出改進的RPT(improved RPT， IRPT)方法，用于處理同時含有彌散燃料和彌散可燃毒物的系統[8]。……