核反映堆物理课程设计谋画.docx

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1、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

2、子密度比为：原子密度比 U235U238O161.80.01823397720.981766022822.40.02431383230.975686167723.10.03140817430.96859182572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：The Calculate o

3、f Kinf in different U235/U238 1.8%1 1 -10.4 -1 -9 10 imp:n=12 0 1 -2 -9 10 imp:n=13 2 -6.55 2 -3 -9 10 imp:n=14 3 -0.7457121551 3 4 -5 6 -7 -9 10 imp:n=1 $T-2905 0 -4:5:-6:7:9:-10 imp:n=01 cz 0.42152 cz 0.43003 cz 0.5000*4 px -0.6650*5 px 0.6650*6 py -0.6650*7 py 0.6650*9 pz 1.0*10 pz -1.0 *变换这两个数值改

4、变富集度m1 92235 0.0182339772 92238 0.9817660228 8016 2 m2 50000 -0.015 26000 -0.002 24000 -0.001 8016 -0.001 40000 -0.981m3 1001 2 8016 1 5011 0.0013367669 5010 0.0003300248 $B-1000ppmkcode 5000 1.0 50 100ksrc 0 0 0Print计算结果及分析：UO2 富集度(%) Kinf 1.8 1.06639 2.4 1.16042 3.1 1.23444分析：由结果能够看出，随着富集度的增大，栅元的反

5、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)0.510.317330315.6380111.591103.516.549601.512.73820417.372301.76213.3518.91060213.79020620.332902.514.76740721.66190822.91410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) B

6、10(H:2,O:1)B11(H:2,O:1)0 0.00000000000.00000000002000.00006595210.00026713953000.00009893810.00040074934000.00013193070.00053438585000.00016492980.00066804917000.00023094800.000935455910000.00033002480.001336766913000.00042916110.001738319020000.0006607109 0.0026762127 3.卡片代码填写：The Calculate of Kinf

7、 in H2O/U:0.51 1 -10.4 -1 -9 10 imp:n=12 0 1 -2 -9 10 imp:n=13 2 -6.55 2 -3 -9 10 imp:n=14 3 -0.7457121551 3 4 -5 6 -7 -9 10 imp:n=15 0 -4:5:-6:7:9:-10 imp:n=01 cz 0.42152 cz 0.43003 cz 0.5000*4 px -0.515865*5 px 0.515865 *改这些数据改栅距来改变水铀比*6 py -0.515865*7 py 0.515865*9 pz 1.0*10 pz -1.0m1 92235 0.031

8、4081743 92238 0.9685918257 8016 2m2 50000 -0.015 26000 -0.002 24000 -0.001 8016 -0.001 40000 -0.981m3 1001 2 8016 1 5010 0.0000659521 *在此改变水铀比 5011 0.0002671395 $B-200ppmkcode 5000 1.0 50 100ksrc 0 0 0Print4.结果分析：eff k 的计算结果如下表：水铀比栅距(mm)硼浓度/ppm0200 3004005007001000130020000.510.31731.074641.071631.0

9、66331.065451.061891.055131.048871.043081.02427111.59111.250191.235411.230871.22213 1.214621.200601.183261.164301.127211.5 12.73821.335041.309991.300301.288441.280081.256401.228051.198791.138381.762(秦山) 13.3 1.362571.334081.32101.307371.292171.26995 1.233321.199671.131512 13.79021.380301.347371.33177

10、1.316231.30268 1.274031.232281.195961.117002.514.76741.404201.361771.343401.324311.305731.272121.221241.176461.08370315.68381.414191.366261.342671.321281.298731.258201.20146 1.149741.045833.516.54961.416511.360071.331791.308591.282091.236171.172951.117461.00643417.37231.413841.347761.320871.291371.2

11、64111.212591.144731.08353 0.968245 18.91061.396971.317771.285611.251481.218261.163421.087061.018240.89366620.33291.372701.284141.245031.209731.174161.108471.025740.956790.82508721.66191.345061.247801.203241.164731.126061.058160.971800.899320.76694822.91411.314931.209461.16533 1.120721.081011.010400.

12、920820.844890.71434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1300 ppm 的原因之一。b. 由硼浓度为200,300,400,500 ppm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

13、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1515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：10mm9mm; 硼玻璃：8.8mm5.8mm;不锈钢内衬：5.6mm5.14mm.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

14、%(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=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 =2.23g / cm3。冷却剂温度为300 C，硼浓度为700 ppm。3.卡片代码填写：（无毒物）The calculation of Kinf of a assembly: no poison1 3 -0.7042253521 1 -2 3 -4 5 -6 fill=1 imp:n=12 0 #1 imp:n=03 3 -0

15、.7256894049 11 -12 13 -14 u=1 lat=1 imp:n=1 fill=-7:7 -7:7 0:0 2 29r $floor 1 and 2 2 2 3 2 2 3 2 2 2 3 2 2 3 2 2 $floor 3 2 6r 3 2 6r $floor 4 2 3r 3 2 4r 3 2 3r $floor 5 2 2 3 2 8r 3 2 2 $floor 6 2 14r $floor 7 *在此改变可燃毒物布置 2 2 2 3 2 2 2 3 2 2 2 3 2 2 2 $floor 8 3表示空洞，4表示可燃毒物 2 14r $floor 9 2 2 3 2

16、 8r 3 2 2 $floor 10 2 3r 3 2 4r 3 2 3r $floor 11 2 6r 3 2 6r $floor 12 2 2 3 2 2 3 2 2 2 3 2 2 3 2 2 $floor 13 2 29r $floor 14 and 154 1 -10.4 -21 u=2 imp:n=15 0 21 -22 u=2 imp:n=16 2 -6.55 22 -23 u=2 imp:n=17 3 -0.7256894049 23 u=2 imp:n=18 3 -0.7256894049 31 u=3 imp:n=110 3 -0.7256894049 -32 u=3 i

17、mp:n=111 3 -0.7256894049 31 u=4 imp:n=112 4 -7.9 -31 32 u=4 imp:n=113 3 -0.7256894049 -32 23 u=4 imp:n=114 2 -6.55 -23 41 u=4 imp:n=115 0 -41 42 u=4 imp:n=116 5 -2.23 -42 43 u=4 imp:n=117 0 -43 44 u=4 imp:n=118 4 -7.9 -44 45 u=4 imp:n=119 0 -45 u=4 imp:n=1*1 px -9.975*2 px 9.975*3 py -9.975*4 py 9.9

18、75*5 pz -10*6 pz 1011 px -0.66512 px 0.66513 py -0.66514 py 0.66521 cz 0.421522 cz 0.430023 cz 0.500031 cz 0.64532 cz 0.59541 cz 0.45042 cz 0.44043 cz 0.29044 cz 0.28045 cz 0.257m1 92235 0.0314081742 92238 0.9685918257 8016 2 $U2O-3.1%m2 50000 -0.015 26000 -0.002 24000 -0.001 8016 -0.001 40000 -0.98

19、1 $Zr4m3 1001 2 8016 1 5011 0.0009354559 5010 0.0002309480 $B-700ppm m4 26000 -71 24000 -18 28000 -11 $steelm5 5010 -0.007636 13027 -0.010588 8016 -0.53785 14000 -0.443926 $poisonkcode 5000 1.0 100 500ksrc 1.33 1.33 0Print4.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12345k

20、eff1.251531.228631.206711.21072 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：UOXUOX with Control RobFigure 6.1: UOX Fuel pin cell compositions Figure 6.2: MOX Fuel pin cell compositio

21、ns整个堆芯排布为：Figure 6.3: Core configuration几何尺寸及材料数据如下：Table 4.1: Fuel cell dimensionsMediumExternal RadiusFuel0.409501 cmZirconium Clad0.540000 cmModeratorSquare lattice pitch = 1.260082 cmTable 4.2: Guide tube cell dimensionsMediumExternal RadiusModerator0.340000 cmAluminum clad0.540000 cmModerator S

22、quare lattice pitch = 1.260082 cmTable 4.3: Control rod cell dimensionsMediumExternal RadiusAbsorber0.300000 cmAbsorber clad0.320000 cmModerator0.340000 cmAluminum clad0.540000 cmModerator Square lattice pitch = 1.260082 cmTable 4.4: Isotopic Number Densities for each mediumMOX 4.3%MOX 7.0%MOX 8.7%U

23、OX922355.0017595E-055.0020146E-054.9986268E-058.6557939E-04922382.2096719E-022.2097846E-022.2082880E-022.2243897E-02922341.0000000E-091.0000000E-091.0000000E-091.0000000E-09922361.0000000E-091.0000000E-091.0000000E-091.0000000E-09942381.5042693E-052.4025892E-053.0016944E-05942395.8165081E-049.310033

24、0E-041.1606552E-03942402.4068309E-043.9042074E-044.9027675E-04942419.8278930E-051.5216398E-041.9010731E-04942425.4153696E-058.4090620E-051.0505930E-04952411.3037001E-052.0021576E-052.5014120E-0580164.6299170E-024.7499189E-024.8267995E-024.6218958E-02Table 4.5: Isotopic Number Densities for the moder

25、ator, the clad and the absorberModeratorZr cladAl cladAbs. cladAbsorber10016.7118404E-0280163.3559202E-0250105.5252484E-061.5520981E-02400003.6967821E-02130276.0198146E-021.5527025E-0360121.9498720E-022.卡片代码填写：The calculation of c5g7 type core.1 0 -31:32:-33:34:-35:36 imp:n=02 5 0.1006831312484 -32

26、31 -34 33 -36 35 fill=1 imp:n=13 5 0.1006831312484 -22 21 -24 23 u=1 lat=1 fill=0:3 0:3 0:0 1 1 1 1 2 3 2 1 3 2 3 1 4 3 2 1 imp:n=14 0 -12 11 -14 13 u=2 lat=1 imp:n=1 fill=-8:8 -8:8 0:0 21 33r 21 4r 22 21 21 22 21 21 22 21 4r 21 21 21 22 21 8r 22 21 21 21 21 16r 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 22 2

27、1 21 22 21 21 21 33r 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 21 33r 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 22 21 21 21 16r 21 21 21 22 21 8r 22 21 21 21 21 4r 22 21 21 22 21 21 22 21 4r 21 33r211 5 1.006831312484E-01 2 u=21 imp:n=1212 9 3.6967821E-02 -2 1 u=21 imp:n=1213 1 6.932843639E

28、-02 -1 u=21 imp:n=1221 5 1.006831312484E-01 2 u=22 imp:n=1222 6 6.0198146E-02 -2 3 u=22 imp:n=1223 5 1.006831312484E-01 -3 u=22 imp:n=15 like 4 but u=3 lat=1 imp:n=1 fill=-8:8 -8:8 0:0 31 16r 31 32 14r 31 31 32 32 32 32 22 32 32 22 32 32 22 32 32 32 32 31 31 32 32 22 32 33 6r 32 22 32 32 31 31 32 32

29、 32 33 8r 32 32 32 31 31 32 22 33 33 22 33 33 22 33 33 22 33 33 22 32 31 31 32 32 33 10r 32 32 31 31 32 32 33 10r 32 32 31 31 32 22 33 33 22 33 33 22 33 33 22 33 33 22 32 31 31 32 32 33 10r 32 32 31 31 32 32 33 10r 32 32 31 31 32 22 33 33 22 33 33 22 33 33 22 33 33 22 32 31 31 32 32 32 33 8r 32 32 3

30、2 31 31 32 32 22 32 33 6r 32 22 32 32 31 31 32 32 32 32 22 32 32 22 32 32 22 32 32 32 32 31 31 32 14r 31 31 16r311 5 1.006831312484E-01 2 u=31 imp:n=1312 9 3.6967821E-02 -2 1 u=31 imp:n=1313 2 6.9448754815E-02 -1 u=31 imp:n=1321 5 1.006831312484E-01 2 u=32 imp:n=1322 9 3.6967821E-02 -2 1 u=32 imp:n=

31、1323 3 7.1248783254E-02 -1 u=32 imp:n=1331 5 1.006831312484E-01 2 u=33 imp:n=1332 9 3.6967821E-02 -2 1 u=33 imp:n=1333 4 7.2401992892E-02 -1 u=33 imp:n=16 like 4 but u=4 lat=1 imp:n=1 fill=-8:8 -8:8 0:0 21 33r 21 4r 23 21 21 23 21 21 23 21 4r 21 21 21 23 21 8r 23 21 21 21 21 16r 21 21 23 21 21 23 21

32、 21 23 21 21 23 21 21 23 21 21 21 33r 21 21 23 21 21 23 21 21 22 21 21 23 21 21 23 21 21 21 33r 21 21 23 21 21 23 21 21 23 21 21 23 21 21 23 21 21 21 16r 21 21 21 23 21 8r 23 21 21 21 21 4r 23 21 21 23 21 21 23 21 4r 21 33r231 5 1.006831312484E-01 2 u=23 imp:n=1232 6 6.0198146E-02 -2 3 u=23 imp:n=12

33、33 5 1.006831312484E-01 -3 4 u=23 imp:n=1234 8 1.5527025E-03 -4 5 u=23 imp:n=1235 7 3.5019701E-02 -5 u=23 imp:n=11 c/z 10.710696 10.710696 0.409501 $Fuel OR2 c/z 10.710696 10.710696 0.540000 $OR3 c/z 10.710696 10.710696 0.340000 $Guide IR4 c/z 10.710696 10.710696 0.320000 $Abs clad OR5 c/z 10.710696

34、 10.710696 0.300000 $Abs OR11 px 10.080612 px 11.3407513 py 10.080614 py 11.3407521 px -0.00000122 px 21.421423 py -0.00000124 py 21.4214*31 px 0.032 px 85.68557533 py 0.0*34 py 85.685575*35 pz -1.0*36 pz 1.0kcode 160000 1.0 200 900ksrc 33.392173 53.553485 0.0m1 92235 8.6557939E-04 92238 2.2243897E-

35、02 8016 4.6218958E-0292234 1.0E-9 92236 1.0E-9 $U2Om2 92235 5.0017595E-05 92238 2.2096719E-02 94238 1.5042693E-0594239 5.8165081E-04 94240 2.4068309E-04 94241 9.8278930E-0592234 1.0E-9 92236 1.0E-9 94242 5.4153696E-0595241 1.3037001E-05 8016 4.6299170E-02 $MOX-4.3%m3 92235 5.0020146E-05 92238 2.2097

36、846E-02 94238 2.4025892E-0594239 9.3100330E-04 94240 3.9042074E-04 94241 1.5216398E-0492234 1.0E-9 92236 1.0E-9 94242 8.4090620E-0595241 2.0021576E-05 8016 4.7499189E-02 $MOX-7.0%m4 92235 4.9986268E-05 92238 2.2082880E-02 94238 3.0016944E-0594239 1.1606552E-03 94240 4.9027675E-04 94241 1.9010731E-04

37、92234 1.0E-9 92236 1.0E-9 94242 1.0505930E-0495241 2.5014120E-05 8016 4.8267995E-02 $MOX-8.7%m5 1001 6.7118404E-02 8016 3.3559202E-02 5010 5.5252484E-06 $Moderatorm6 13027 6.0198146E-02 $Al-cladm7 5010 1.5520981E-02 6012 1.9498720E-02 $Absorberm8 13027 1.5527025E-03 $Absorber cladm9 40000 3.6967821E

38、-02 $Zr-cladf17:n (2134-8 -8 035) *裂变能记录，忽略后面的代码f27:n (3134-8 -8 036)f97:n (2134-8 -8 0315)sd17 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

39、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 *体积除数填写，为1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 相当于求每一个燃料棒 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 的总的裂变能 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

40、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Sd27 Print3.结果计算与分析：将结果文件中的结果倒出来，在matlab 中编写程序进行与实际棒位相对应的处置，并进行归一化，能够取得1/4 堆芯的功率散布。然后再利用matlab 命令可将1/4 堆芯扩展到全堆芯，并画出全堆芯的功率散布示用意。1/4 堆芯燃料棒功率散布示用意：1/4 堆芯主件功率散布表0.705UOX_R1.26MOX1.084UOX1.251MOX1.360UOX0.864MOX1.079UOX0859MOX0.538UOX扩展后的全堆芯功率散布示用意：查燃料棒功率