核反映堆物理课程设计谋画.docx
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核反映堆物理课程设计谋画
核反映堆物理课程设计
——蒙特卡罗程序MCNP
在堆芯物理计算中的应用
姓名：
董安国
学号：
5072049016
班级：
F0702007
上海交通大学核科学与工程学院
设计目的
一、掌握粒子输运模拟的大体原理；
二、掌握蒙特卡罗程序MCNP的利用方式
设计任务
一、利用MCNP程序成立栅元计算模型，并计算不同水铀比、硼浓度及燃料富集度时栅元的
；
1、热态不同富集度的栅元计算
栅元图形如上，具体几何尺寸如下：
栅距：
13.3mm；
燃料棒外径：
8.43mm；
锆合金包壳内径：
8.6mm；
锆合金包壳外径：
10mm。
边界条件为：
栅元边界全反射条件，相当于无穷栅元排布。
A、材料描述：
燃料棒材料为UO2，在不同富集度下的原子密度比为：
原子密度比
U235
U238
O16
1.8
0.0182339772
0.9817660228
2
2.4
.024*******
0.9756861677
2
3.1
0.0314081743
0.9685918257
2
锆合金包壳材料：
Sn（锡）1.5%，Fe（铁）0.2%，Cr（铬）0.1%，O（氧）0.1%，Zr（锆）98.1%。
（均为质量百分比）
冷却剂材料：
含硼水，硼浓度为1000ppm。
其原子密度比为：
H：
2，O：
1，B10：
0.0003300248，B11：
0.0013367669
温度概念为290℃，其质量密度为0.7457121551g/cm3。
卡片代码填写：
TheCalculateofKinfindifferentU235/U2381.8%
11-10.4-1-910imp:
n=1
201-2-910imp:
n=1
32-6.552-3-910imp:
n=1
43-0.745712155134-56-7-910imp:
n=1$T-290
50-4:
5:
-6:
7:
9:
-10imp:
n=0
1cz0.4215
2cz0.4300
3cz0.5000
*4px-0.6650
*5px0.6650
*6py-0.6650
*7py0.6650
*9pz1.0
*10pz-1.0
*变换这两个数值改变富集度
m1922350.0182339772922380.981766022880162
m250000-0.01526000-0.00224000-0.0018016-0.001
40000-0.981
m3100128016150110.0013367669
50100.0003300248$B-1000ppm
kcode50001.050100
ksrc000
Print
计算结果及分析：
UO2富集度（%）Kinf
1.81.06639
2.41.16042
3.11.23444
分析：
由结果能够看出，随着富集度的增大，栅元的反映性愈来愈大,与理论分析相一致。
2、不同水铀比、硼浓度的栅元计算
几何描述：
燃料棒及包壳尺寸同上节，但栅距随水铀比的不同而改变，其具体数值如下：
水铀比
栅距（mm）
水铀比
栅距（mm）
0.5
10.317330
3
15.6380
1
11.59110
3.5
16.54960
1.5
12.73820
4
17.37230
1.762
13.3
5
18.91060
2
13.79020
6
20.33290
2.5
14.76740
7
21.66190
8
22.91410
材料描述：
冷却剂温度为290℃，密度为0.74571215511g/cm3。
燃料富集度固定为3.1%。
硼浓度及其相应的B10，B11的原子密度列表如下：
B（ppm）
B10（H:
2,O:
1）
B11（H:
2,O:
1）
0
0.0000000000
0.0000000000
200
0.0000659521
0.0002671395
300
0.0000989381
0.0004007493
400
0.0001319307
0.0005343858
500
0.0001649298
0.0006680491
700
0.0002309480
0.0009354559
1000
0.0003300248
0.0013367669
1300
0.0004291611
0.0017383190
2000
0.0006607109
0.0026762127
3.卡片代码填写：
TheCalculateofKinfinH2O/U:
0.5
11-10.4-1-910imp:
n=1
201-2-910imp:
n=1
32-6.552-3-910imp:
n=1
43-0.745712155134-56-7-910imp:
n=1
50-4:
5:
-6:
7:
9:
-10imp:
n=0
1cz0.4215
2cz0.4300
3cz0.5000
*4px-0.515865
*5px0.515865*改这些数据改栅距来改变水铀比
*6py-0.515865
*7py0.515865
*9pz1.0
*10pz-1.0
m1922350.0314081743922380.968591825780162
m250000-0.01526000-0.00224000-0.0018016-0.001
40000-0.981
m3100128016150100.0000659521*在此改变水铀比
50110.0002671395$B-200ppm
kcode50001.050100
ksrc000
Print
4.结果分析：
effk的计算结果如下表：
水铀比
栅距（mm）
硼浓度/ppm
0
200
300
400
500
700
1000
1300
2000
0.5
10.3173
1.07464
1.07163
1.06633
1.06545
1.06189
1.05513
1.04887
1.04308
1.02427
1
11.5911
1.25019
1.23541
1.23087
1.22213
1.21462
1.20060
1.18326
1.16430
1.12721
1.5
12.7382
1.33504
1.30999
1.30030
1.28844
1.28008
1.25640
1.22805
1.19879
1.13838
1.762（秦山）
13.3
1.36257
1.33408
1.3210
1.30737
1.29217
1.26995
1.23332
1.19967
1.13151
2
13.7902
1.38030
1.34737
1.33177
1.31623
1.30268
1.27403
1.23228
1.19596
1.11700
2.5
14.7674
1.40420
1.36177
1.34340
1.32431
1.30573
1.27212
1.22124
1.17646
1.08370
3
15.6838
1.41419
1.36626
1.34267
1.32128
1.29873
1.25820
1.20146
1.14974
1.04583
3.5
16.5496
1.41651
1.36007
1.33179
1.30859
1.28209
1.23617
1.17295
1.11746
1.00643
4
17.3723
1.41384
1.34776
1.32087
1.29137
1.26411
1.21259
1.14473
1.08353
0.96824
5
18.9106
1.39697
1.31777
1.28561
1.25148
1.21826
1.16342
1.08706
1.01824
0.89366
6
20.3329
1.37270
1.28414
1.24503
1.20973
1.17416
1.10847
1.02574
0.95679
0.82508
7
21.6619
1.34506
1.24780
1.20324
1.16473
1.12606
1.05816
0.97180
0.89932
0.76694
8
22.9141
1.31493
1.20946
1.16533
1.12072
1.08101
1.01040
0.92082
0.84489
0.71434
将结果整理画图如下：
A.由图可知，左侧为欠慢化区，右边为过慢化区（冷却剂吸生效应占主导地位）；为了提高中子利用率，核电站将水铀比设置在欠慢化区，秦山一期的水铀比为1.762，由图可知，在硼浓度为0到1300ppm时，处于欠慢化区，而高于此浓度时，则会处于过慢化区，这也是核电站规定最大硼浓度为1300ppm的原因之一。
b.由硼浓度为200,300,400,500ppm的曲线及数据可知，硼浓度越大，其微分价值的绝对值越小。
C.由曲线图可知，随着硼浓度的增大，欠慢化区与过慢化区的转折点向左移动。
因为硼的加入对冷却剂的慢化性能几乎无影响，但却增大了冷却剂的吸收性能，使平衡向过慢化区倾斜，故转折点左移。
d.由曲线图明显取得：
硼浓度越大，栅元的反映性越小，反映出硼的对中子的吸生效应。
任务二、利用MCNP程序成立组件计算模型，并计算不同可燃毒物布置下组件
；
1.几何描述：
燃料棒、包壳、栅距的尺寸同第二节的数据。
组件为15×15排布。
组件中有21根导向管，其外径为12.9mm，内径为11.9mm。
毒物棒尺寸：
包壳：
10mm~9mm;硼玻璃：
8.8mm~5.8mm;不锈钢内衬：
5.6mm~5.14mm.
2.材料描述：
燃料富集度为3.1%；包壳为Zr4合金：
Sn（锡）1.5%，Fe（铁）0.2%，Cr（铬）0.1%，O（氧）0.1%，Zr（锆）98.1%（均为质量百分比）；
导向管及内衬材料：
不锈钢,Fe（71%）,Cr（18%）,Ni（11%），均为质量分数，密度为
ρ=7.9g/cm3；
硼玻璃材料：
B10（0.7636%），Al（1.0588%），O（53.785%），Si（44.373%），
质量分数，密度为ρ=2.23g/cm3。
冷却剂温度为300°C，硼浓度为700ppm。
3.卡片代码填写：
（无毒物）
ThecalculationofKinfofaassembly:
nopoison
13-0.70422535211-23-45-6fill=1imp:
n=1
20#1imp:
n=0
33-0.725689404911-1213-14u=1lat=1imp:
n=1
fill=-7:
7-7:
70:
0
229r$floor1and2
223223222322322$floor3
26r326r$floor4
23r324r323r$floor5
22328r322$floor6
214r$floor7*在此改变可燃毒物布置
222322232223222$floor83表示空洞，4表示可燃毒物
214r$floor9
22328r322$floor10
23r324r323r$floor11
26r326r$floor12
223223222322322$floor13
229r$floor14and15
41-10.4-21u=2imp:
n=1
5021-22u=2imp:
n=1
62-6.5522-23u=2imp:
n=1
73-0.725689404923u=2imp:
n=1
83-0.725689404931u=3imp:
n=1
103-0.7256894049-32u=3imp:
n=1
113-0.725689404931u=4imp:
n=1
124-7.9-3132u=4imp:
n=1
133-0.7256894049-3223u=4imp:
n=1
142-6.55-2341u=4imp:
n=1
150-4142u=4imp:
n=1
165-2.23-4243u=4imp:
n=1
170-4344u=4imp:
n=1
184-7.9-4445u=4imp:
n=1
190-45u=4imp:
n=1
*1px-9.975
*2px9.975
*3py-9.975
*4py9.975
*5pz-10
*6pz10
11px-0.665
12px0.665
13py-0.665
14py0.665
21cz0.4215
22cz0.4300
23cz0.5000
31cz0.645
32cz0.595
41cz0.450
42cz0.440
43cz0.290
44cz0.280
45cz0.257
m1922350.0314081742922380.968591825780162$U2O-3.1%
m250000-0.01526000-0.00224000-0.0018016-0.00140000-0.981$Zr4
m3100128016150110.000935455950100.0002309480$B-700ppm
m426000-7124000-1828000-11$steel
m55010-0.00763613027-0.0105888016-0.5378514000-0.443926$poison
kcode50001.0100500
ksrc1.331.330
Print
4.毒物布置方式：
A．无毒物棒；（方式1）
B．两根毒物棒：
（方式2）
C．四根毒物棒：
（方式3、4）
D．十六根毒物棒：
（方式5）
5.计算结果及分析：
方式
1
2
3
4
5
keff
1.25153
1.22863
1.20671
1.21072
1.08176
由以上结果可知：
A．毒物棒的插入使得组件的反映性下降，而且毒物棒越多，反映性减小的越多。
B．比较方式3、4易知，3（四根棒分散布置）的反映性小于4（四根棒集中布置）的布置，证明了可燃毒物棒的空间自屏效应。
c5g7小堆芯计算：
一、堆芯描述：
堆芯中有两种不同的燃料组件，别离为UOX,MOX。
UOX组件为：
UOX
UOXwithControlRob
Figure6.1:
UOXFuelpincellcompositions
Figure6.2:
MOXFuelpincellcompositions
整个堆芯排布为：
Figure6.3:
Coreconfiguration
几何尺寸及材料数据如下：
Table4.1:
Fuelcelldimensions
Medium
ExternalRadius
Fuel
0.409501cm
ZirconiumClad
0.540000cm
Moderator
Squarelatticepitch=1.260082cm
Table4.2:
Guidetubecelldimensions
Medium
ExternalRadius
Moderator
0.340000cm
Aluminumclad
0.540000cm
Moderator
Squarelatticepitch=1.260082cm
Table4.3:
Controlrodcelldimensions
Medium
ExternalRadius
Absorber
0.300000cm
Absorberclad
0.320000cm
Moderator
0.340000cm
Aluminumclad
0.540000cm
Moderator
Squarelatticepitch=1.260082cm
Table4.4:
IsotopicNumberDensitiesforeachmedium
MOX4.3%
MOX7.0%
MOX8.7%
UOX
92235
5.0017595E-05
5.0020146E-05
4.9986268E-05
8.6557939E-04
92238
2.2096719E-02
2.2097846E-02
2.2082880E-02
2.2243897E-02
92234
1.0000000E-09
1.0000000E-09
1.0000000E-09
1.0000000E-09
92236
1.0000000E-09
1.0000000E-09
1.0000000E-09
1.0000000E-09
94238
1.5042693E-05
2.4025892E-05
3.0016944E-05
94239
5.8165081E-04
9.3100330E-04
1.1606552E-03
94240
2.4068309E-04
3.9042074E-04
4.9027675E-04
94241
9.8278930E-05
1.5216398E-04
1.9010731E-04
94242
5.4153696E-05
8.4090620E-05
1.0505930E-04
95241
1.3037001E-05
2.0021576E-05
2.5014120E-05
8016
4.6299170E-02
4.7499189E-02
4.8267995E-02
4.6218958E-02
Table4.5:
IsotopicNumberDensitiesforthemoderator,thecladandtheabsorber
Moderator
Zrclad
Alclad
Abs.clad
Absorber
1001
6.7118404E-02
8016
3.3559202E-02
5010
5.5252484E-06
1.5520981E-02
40000
3.6967821E-02
13027
6.0198146E-02
1.5527025E-03
6012
1.9498720E-02
2.卡片代码填写：
Thecalculationofc5g7typecore.
10-31:
32:
-33:
34:
-35:
36imp:
n=0
250.1006831312484-3231-3433-3635fill=1imp:
n=1
350.1006831312484-2221-2423u=1lat=1fill=0:
30:
30:
0
1111232132314321imp:
n=1
40-1211-1413u=2lat=1imp:
n=1fill=-8:
8-8:
80:
0
2133r
214r22212122212122214r
21212122218r22212121
2116r
2121222121222121222121222121222121
2133r
2121222121222121222121222121222121
2133r
2121222121222121222121222121222121
2116r
21212122218r22212121
214r22212122212122214r
2133r
21151.006831312484E-012u=21imp:
n=1
21293.6967821E-02-21u=21imp:
n=1
21316.932843639E-02-1u=21imp:
n=1
22151.006831312484E-012u=22imp:
n=1
22266.0198146E-02-23u=22imp:
n=1
22351.006831312484E-01-3u=22imp:
n=1
5like4butu=3lat=1imp:
n=1
fill=-8:
8-8:
80:
0
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