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西安脉冲堆WIMS和MCNP耦合燃耗计算方法
西安脉冲堆WIMS和MCNP耦合燃耗计算方法
随着核能在国家能源结构中的地位日益提高，研究发展高效、安全、合适的核能技术显得尤为重要。其中，脉冲堆技术因其高功率密度和灵活性，在能源利用、医疗、光谱学和材料科学等领域应用广泛。燃耗计算是脉冲堆设计和运行中重要的环节。本文将介绍西安脉冲堆WIMS和MCNP耦合燃耗计算方法。
一、西安脉冲堆简介
西安脉冲堆是我国第一座研制成功的脉冲堆之一，建于1988年。它采用了慢中子石墨反应堆技术和脉冲放电技术相结合，是一种理工交叉、多学科交叉的高新技术。西安脉冲堆的设计热功率为12MW，脉冲频率为10Hz，最高输出能量为带波长调制的5MeV高能中子脉冲。该脉冲堆主要面向中子学、辐照学和反应动力学等领域的研究。
二、燃耗计算概述
燃耗计算是指根据核反应堆的放射性核素产生、消失和转变规律，通过计算核反应堆中各放射性核素的含量和放射性强度随时间的变化，而获得燃料棒本身和整个核反应堆的物理特性参数。通常，热学、中子物理和燃耗三个部分的计算是相互配合的，其中热学计算和中子物理计算是以燃耗计算为基础的。燃耗计算是核反应堆设计、运行和管理中最为重要的环节之一。
三、WIMS和MCNP耦合方法
燃耗计算方法主要包括解析方法和数值方法，在数值方法中，WIMS和MCNP是广泛采用的燃耗计算程序。其中，WIMS是英国哈德斯菲尔德大学核工程研究所开发的核反应堆领域的一种综合计算程序系统，可用于计算中子物理、热工和燃耗等问题；MCNP是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的计算机模拟程序，主要用于中子输运、剂量测量和辐射防护等方面的研究。将WIMS和MCNP程序耦合在一起进行燃耗计算可以得到更为准确、可靠的计算结果。
耦合方法主要有两种：迭代耦合和直接耦合。迭代耦合即通过不断迭代计算结果不断逼近准确值；直接耦合则是将热工、中子物理和燃耗三个模块直接联系起来，实现自洽计算。这两种方法各有利弊，迭代耦合适用于计算时间较短的问题，而直接耦合则可以获得更为准确和全面的计算结果。
四、案例分析
在本文中，我们以西安脉冲堆为例，介绍WIMS和MCNP的燃耗计算方法。WIMS程序用于计算中子物理及热工参数，MCNP程序用于计算中子输运和燃耗参数，两个程序耦合起来可以得到更为全面、准确的计算结果。
具体燃耗计算流程如下：
（1）由WIMS程序计算西安脉冲堆的中子物理参数和热工参数，并将结果保存为输入文件；
（2）由MCNP程序读入该输入文件，进行中子输运计算，并将输运结果保存为输出文件；
（3）将输出文件中的燃耗参数读入输入文件，由WIMS程序进行燃耗计算；
（4）反复迭代，直至计算结果收敛。
通过WIMS和MCNP程序的耦合计算，我们可以得到西安脉冲堆中子反应截面、注量、功率分布、燃耗量等参数。这些结果可用于评估脉冲堆的燃耗情况，确定燃料棒寿命和替换周期，优化脉冲堆运行条件，提高脉冲堆的效率和安全性。
五、结论
本文主要介绍了西安脉冲堆WIMS和MCNP耦合燃耗计算方法。该方法可以通过数值化计算，得到脉冲堆中子物理、热工和燃耗等各项参数，为脉冲堆设计、运行和管理提供了有力的技术支持。本文也说明了燃耗计算在核反应堆中的重要性，其计算结果对核反应堆的安全性、高效性和经济性具有重要影响。因此，在核反应堆研制和运行管理中应重视燃耗计算，采用先进的计算方法，不断提高燃耗计算的精度和准确性。