用于模拟反应堆堆芯运行的计算机实施的方法与流程

本发明涉及一种用于模拟反应堆堆芯运行的计算机实施的方法。

背景技术：

1、通常，许多反应堆堆芯模型的基本特性遵循实现的总体精度与计算效率之间的必要权衡。这尤其适用于节点反应堆代码，这些代码必须能够以适度/实际时间的cpu运行时间要求实现3d全堆芯反应堆循环、堆芯瞬态等的详细计算。这是通过使用智能建模方法来实现的。一个例子是使用所谓的节点展开法，该节点展开法能够以足够的计算效率计算反应堆堆芯的3d功率分布，以允许日常大规模的广泛的反应堆循环燃耗和瞬态计算。然而，这样的方法的代价是放弃总体系统建模复杂性的最高可行标准。然而，这个代价是必须付出的，因为实际原因是，应用那些最高可行(即高保真)建模标准将导致绝对令人望而却步的计算运行时间：每次计算都将持续太长时间，而不便于仍然实现上述的日常大规模的广泛的反应堆循环燃耗和瞬态计算。而堆芯设计师或瞬态安全分析师必须在通常最多半小时之后就看到自己的计算结束，交付结果，高保真计算可能持续几天甚至几周的时间。这就是为什么(即使在今天)使用低保真(但足够精确的)模型，以便实现短的运行时间。

2、此外，即便使用完美的高保真模型，由于系统特性信息(例如核数据、材料密度、几何规格等)的不确定性，模型与现实之间总会存在一些偏差。显然，对现实的探索和测量也不可能对此毫无特定限制地进行，任何种类的探索和测量过程也都存在着一定固有的不确定性。

3、举例来说，有时某种固定的启发式调整方法(用该方法可以以中心到外围的径向方式调节计算出的3d功率分布)的应用是针对特定的反应堆堆芯执行的反应堆代码计算的固定要素。

4、这样的启发式方法通常在自由度方面确实具有明确限制以减少模型的3d结果与3d观测之间的总3d差异。由于这些限制，所实现的3d一致性在质量方面总是有限的，并且总是比假设的理想方法所能实现的要差。此外，这样的启发式调整方法实际上在模型中施加了不可能与理想的3d模型校正分布(可以假设存在)相称的变化并不罕见。因此，从几个不同的角度来看，启发式调整方法都是不理想的。

5、在这些相同的背景下，通常还对获取关于真实3d差异根本原因分布的知识非常感兴趣，其可能是局部误差。这些局部误差可能是由于所应用的模型近似(例如扩散近似)的有效性局部降低造成的。

6、r.van geemert的文章“modal analysis of 3d full-core inhomogeneousadjoint nodal equations and associated iterative solution processes”，proceedings m&c 2019，portland or，usa(2019)涉及核堆芯的模态分析。特别地，该公开描述了模态广义扰动理论(mgpt：modal generalized perturbation theory)。它还公开了使用多模态缩减技术来高效地计算反应堆堆芯状态的高阶模态解。

7、ep2287853b1公开了一种用于对核反应堆堆芯建模的计算机实施的方法。该方法包括将堆芯划分为立方体以构成用于计算机实施的计算的网格的节点。然后，通过使用对应于稳态扩散方程的至少一个特征系统的迭代求解程序来计算中子通量，该特征系统的迭代的分量对应于要计算的相应立方体的中子通量、中子流出电流或中子流入电流，中子流出电流从相应的立方体出来，中子流入电流进入相应的立方体。

8、cn101399091涉及核反应堆堆芯功率监测领域，公开了一种用于在线监测反应堆堆芯的中子通量分布的方法。该方法基于使用布置在反应堆上的m1个内部中子探测器和外部中子探测器提供的测量数据。根据以特征值状态方程mφ＝(1/k)fφ表示的参考反应堆堆芯模型，求解高阶谐波。高阶谐波被用于(重新)构建反应堆堆芯中的实际3d中子通量分布。

技术实现思路

1、本发明的目的在于实现功率形状灵敏度分析以及实现反应堆堆芯模型的以目标为导向的调整和改进的反演动作，特别是通过能够确定与在模型和核反应堆堆芯的实际(即测量的)功率分布和/或实际3d中子通量之间观测到的3d差异分布一致的最合理的3d根本原因空间分布。

2、根据一个方面，一种用于模拟反应堆堆芯运行的计算机实施的方法，该方法包括：

3、确定反应堆堆芯的初始状态，该反应堆堆芯包括多个燃料组件，其中堆芯被划分为立方体以构成网格的节点；

4、基于初始状态，计算节点目标功率分布和/或目标3d中子通量分布；

5、获得核反应堆堆芯的实际功率分布和/或实际3d中子通量分布；

6、确定目标功率分布与核反应堆堆芯的实际功率分布之间的差和/或确定目标3d中子通量分布与核反应堆堆芯的实际3d中子通量分布之间的差；

7、基于所确定的差，使用傅里叶模态分解确定模态展开系数，并将模态广义扰动理论mgpt应用于模态展开系数以确定导致所确定的差的3d截面分布扰动；以及

8、基于所确定的3d截面分布扰动，确定针对所确定的差的3d调整分布。

9、另外的实施方式可以涉及下列特征中的一个或多个，这些特征可以以任何技术可行的组合进行组合：

10、·反应堆堆芯的初始状态包括堆芯网格、堆芯尺寸、核素密度、材料密度、核燃料装载结构和/或节点截面作为参数；

11、·定义3d截面扰动分布的约束，以确定针对扰动的3d调整分布；

12、·约束从包括以下约束的组中选择：仅在希望的快速扩散系数变化方面约束3d截面分布扰动，特别是对于反射器节点；仅约束希望的水密度变化；和/或约束某个节点输运截面类型的变化，特别是裂变或吸收；

13、·使用节点展开法确定目标功率分布和/或目标3d中子通量分布；

14、·为了计算目标功率分布和/或目标3d中子通量分布，求解以下方程：

15、其中表示中子吸收、泄漏和散射的组合算子，表示裂变中子产生，φ表示3d中子通量分布，cb表示反应堆堆芯中溶液硼的浓度，keff表示反应堆堆芯的有效增殖系数。

16、·核反应堆堆芯的实际功率分布和/或实际3d中子通量分布是通过测量和/或参考计算而获得的；

17、·确定导致所确定的差的3d截面分布扰动包括减少展开系数的数量；

18、·确定导致所确定的差的3d截面分布扰动包括使用拟合方法，该拟合方法使用：确定通过应用模态广义扰动理论计算出的展开系数与通过使用傅里叶模态分解所确定的模态展开系数之间的差的最小值；和/或

19、·该方法还包括基于3d调整分布调整反应堆堆芯的初始状态的参数，其中，特别地，这些参数包括堆芯网格、堆芯尺寸、核素密度、材料密度和/或核燃料装载结构和/或节点截面；以及

20、基于调整后的初始状态，为每个节点重新计算目标功率分布和/或目标3d中子通量分布。

21、根据另一个方面，一种用于优化反应堆堆芯的计算机实施的方法，其中，根据本文公开的方法模拟反应堆堆芯，其中该方法还包括以下步骤：

22、基于3d调整分布排列燃料组件、基于3d调整分布优化堆芯装载模式和/或基于3d调整分布优化燃料组件设计。

23、根据另一个方面，一种计算机程序产品，其包括指令，当计算机执行程序时，所述指令使得计算机执行本文公开的实施方式之一的计算机实施的方法。

24、根据另一个方面，提供了一种数据载体信号，其承载本文公开的实施方式的计算机程序产品。

25、根据另一个方面，一种计算机可读存储介质，其包括指令，当该指令由计算机执行时，该指令使得计算机执行本文公开的实施方式之一的计算机实施的方法。

26、根据另一个方面，一种数据处理系统，其包括用于执行本文公开的实施方式之一的计算机实施的方法的装置。

27、根据另一方面，提供了一种计算机程序产品，其包括在处理器上加载并执行时用于执行根据本文公开的实施方式的方法的命令。根据一个实施方式，计算机程序产品可以是包含该程序的物理软件产品，例如硬盘、固态硬盘、cd-rom、dvd。

28、实施方式还针对用于执行所公开的方法步骤的系统，并且特别地包括用于执行所述方法步骤的装置部件和/或设备。

29、方法步骤可以通过硬件部件、固件、软件、由适当软件编程的计算机、它们的任意组合或任何其他方式来执行。

30、根据另一个方面，提供了承载根据本文公开的实施方式的计算机程序产品的数据载体信号。

31、根据其他方面，本发明涉及存储包含命令的程序的计算机可读的非易失性存储介质，例如硬盘、固态设备、cd-rom、dvd，当所述命令被加载到处理器上并在处理器上执行时，所述命令用于执行根据本文所公开的实施方式的方法。

32、从从属权利要求、说明书和附图中可以明显看出另外的优点、特征、方面和细节。