随着核能事业的不断发展和我国科学技术的不断进步,新概念核裂变反应堆在舰船、航天、混合堆、ADS等领域中的应用越来越受到重视。反应堆物理设计是新概念反应堆一切设计工作的基础,但由于目前拥有的反应堆物理设计计算方法大都是基于常规核反应堆提出的。而新概念反应堆都是要在特殊环境下完成特殊任务,所以往往具有完全不同于常规反应堆的特殊性,如非结构几何、强非均匀介质、强各向异性、宽能区、介质处于复杂物态、堆芯处于运动态等等复杂情况,因此现有的反应堆物理计算方法几乎都无法适用,必须研究能适用于复杂环境的反应堆物理计算新方法。而且这些方法可能涉及军用,无法从国外获得,所以必须自行研究。本项目拟进行新概念反应堆物理设计的前沿探索性的基础理论和计算方法研究,具体包括新核数据库的制作与研究;复杂环境下的中子输运方程高精度数值计算方法研究;中子动力学精确模型与瞬发临界特性研究;新概念反应堆物理设计计算研究等。
为了适应新概念反应堆堆芯设计的中子学计算需求,本项目系统开展了数据库建立、复杂情况下的中子输运高精度计算、中子动力学高精度计算分析和新概念反应堆物理设计等研究。着重开展了有效的非结构强散射中子输运方程的确定论计算方法基础研究,包括了Pn有限元方法、Sn有限元方法、三角形TPM方法、三角形节块方法、特征线方法、小波函数展开法和随机介质中子输运计算方法等。为了提高计算效率,克服源迭代方法在强散射等情况时不收敛的现象,较系统地研究了不同的加速技术,如非结构DSA、象限相关粗网再平衡、修正Pn加速、角度多重网格和非结构区域并行技术等。为了解决复杂燃料组件共振参数计算的难题,还开展了任意几何燃料组件共振参数的计算方法等相关研究,包括了广义Stamm'ler方法、子群(Sub-group)方法、多帮(Multi-bound)方法和超细群方法等。针对以上研究均研制了相应计算程序,并通过了基准题验算和例题测试,构建了各类复杂新概念反应堆堆芯设计的中子学计算基础平台,为我国研制具有自主知识产权反应堆设计软件奠定了重要的理论基础。