中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质
技术领域
[0001] 本
发明涉及核电领域，尤其涉及一种中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质。
背景技术
[0002] 中子与物质核的相互作用常用截面来度量。截面实际上是发生某类核反应的几率。截面按照物理定义分为宏观截面Σ和微观截面σ，其中宏观截面Σ表示一个中子与单位体积内所有靶核发生某类核反应的几率，微观截面σ则为靶层中一个靶核与具有某一给定的平均
能量的入射中子束中一个中子发生某类核反应的几率。宏观截面与微观截面的换算公式为Σ＝Nσ。其中N为靶核
密度。
[0003] 实验表明微观截面的大小与靶核的性质及入射中子的能量有关系，核物理学家通过实验，将各种核素与不同能量的中子发生核反应的各种截面编制成了
数据库，以便应用。
[0004] 在一个比较常见的反应堆内，活性区内的材料有很多种，因而涉及到的核素也有很多，比如U-235，U-238，氢
原子(H)，
氧原子(O)，
铁原子(Fe)，B-10等等。按照传统的方法，要确定某一单位体积区域内所有靶核材料与某一给定能量的中子发生某种核反应的宏观截面，需要得到该区域内所有单一靶核材料在该中子能量下的该核反应的微观截面，并得到这些核素的核子密度。其中单一靶核材料在某中子能量下的某核反应的微观截面需要去数据库中查找。而核子密度则需要通过反应堆的各个构件的材料组成及分布来确定。
[0005] 另外，在常见的反应堆内，还有下面这些比较特殊的情况：U-238会因为
温度的不同而导致共振吸收截面峰的宽度变化，从而导致对中子共振吸收截面的变化；水(H2O)，重水(D2O)或者任何其他冷却剂在反应堆内以液态形式存在，因此在不同的温度压力情况下，其密度会不同，其核子密度也会相应的不同；
硼(B-10)以硼酸的形式溶解在水中，因此密度的不同也会导致硼酸在中子活性区内的含量的变化。简言之反应堆内的温度压力密度状态会对一些关键核素的核子密度带来巨大的影响进而影响宏观吸收截面。
[0006] 因此在反应堆内以传统的方法从某一特定的热工水力参数得到特定中子能量下的宏观截面需要经历以下过程：通
过冷却剂温度压力密度来确定冷却剂材料的核子密度；通过反应堆的各部件材料及分布确定固体材料的核子密度；通过给定的中子能量及核素信息在数据表中查找微观截面；计算获得宏观截面。
[0007] 上述这种方法足够精确，但是过程复杂，确定核子密度及查找微观截面都需要较长的时间。这种方法可用于
堆芯设计，
燃料布置确定性计算等领域，但是在对计算速度要求高的实时仿真领域不具备操作性。
发明内容
[0008] 本发明要解决的技术问题在于，针对
现有技术的上述
缺陷，提供一种中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种中子物理截面与热工水力的耦合方法，包括：
[0010] 获取当前状态下的热工水力参数的实测值；
[0011] 基于热工水力参数的参考值和所述实测值，确定热工水力参数的变化值；
[0012] 基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式。
[0013] 优选的，所述热工水力参数包括燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度。
[0014] 优选的，所述泰勒展开式具体为：
[0015]
[0016] 其中，aixg、bixg、cixg、dixg为预先确定的常数，ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB表示热工水力参数中的燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的变化值，Σxg表示当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，Σ0xg表示热工水力参数为所述参考值时所对应的参考宏观截面，n为大于等于2的正整数。
[0017] 优选的，所述方法还包括：
[0018] 获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值所对应的参考宏观截面Σ0xg；
[0019] 获取冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及燃料温度的不同测试值Tjf，所对应的不同的宏观截面Σjfxg，基于所述Σ0xg、Σjfxg和Tjf，计算得到所述aixg；
[0020] 获取燃料温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及冷却剂温度的不同测试值TjM，所对应的不同的宏观截面ΣjMxg，基于所述Σ0xg、ΣjMxg和TjM，计算得到所述bixg；
[0021] 获取燃料温度、冷却剂温度、硼浓度的参考值以及慢化剂密度的不同测试值ρjM，所对应的不同的宏观截面Σjρxg，基于所述Σ0xg、Σjρxg和ρjM，计算得到所述cixg；
[0022] 获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度的参考值以及硼浓度的不同测试值CjB，所对应的不同的宏观截面ΣjCxg，基于所述Σ0xg、ΣjCxg和CjB，计算得到所述dixg；
[0023] 其中，j依次取1至n的n个正整数。
[0024] 本发明还要求保护一种计算机可读存储介质，用于存储
计算机程序，其特征在于，所述计算机程序可被处理器读取并执行如上所述的方法。
[0025] 本发明还要求保护一种中子物理截面与热工水力的耦合系统，包括处理器和
存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器读取并执行如上所述的方法。
[0026] 本发明还要求保护一种中子物理截面与热工水力的耦合系统，包括：
[0027] 热工水力参数实测值获取单元，用于获取当前状态下的热工水力参数的实测值；
[0028] 热工水力参数变化值获取单元，基于热工水力参数的参考值和所述实测值，确定热工水力参数的变化值；
[0029] 宏观截面获取单元，用于基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式。
[0030] 优选的，所述热工水力参数包括燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度。
[0031] 优选的，所述泰勒展开式具体为：
[0032]
[0033] 其中，aixg、bixg、cixg、dixg为预先确定的常数，ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB表示热工水力参数中的燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的变化值，Σxg表示当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，Σ0xg表示热工水力参数为所述参考值时所对应的参考宏观截面，n为大于等于2的正整数。
[0034] 优选的，所述系统还包括：
[0035] Σxg0计算单元，用于获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值所对应的参考宏观截面Σ0xg；
[0036] aixg计算单元，用于获取冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及燃料温度的不同测试值Tjf，所对应的不同的宏观截面Σjfxg，基于所述ΣOxg、Σjfxg和Tjf，计算得到所述aixg；
[0037] bixg计算单元，用于获取燃料温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及冷却剂温度的不同测试值TjM，所对应的不同的宏观截面ΣjMxg，基于所述Σ0xg、ΣjMxg和TjM，计算得到所述bixg；
[0038] cixg计算单元，用于获取燃料温度、冷却剂温度、硼浓度的参考值以及慢化剂密度的不同测试值ρjM，所对应的不同的宏观截面Σjρxg，基于所述Σ0xg、Σjρxg和ρjM，计算得到所述cixg；
[0039] dixg计算单元，用于获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度的参考值以及硼浓度的不同测试值CjB，所对应的不同的宏观截面ΣjCxg，基于所述Σ0xg、ΣjCxg和CjB，计算得到所述dixg；
[0040] 其中，j依次取1至n的n个正整数。
[0041] 本发明的中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质，具有以下有益效果：本发明解决了在高计算速度要求下的中子物理截面与热工水力耦合的问题，实现方式简便，对所有应用场景，使用简单的编程语言即可实现，适合批量多个能群、多种截面的处理方式，后期适应性
修改难度低；而且，可以综合考虑
核反应堆中子物理截面与热工水力耦合中的所有影响因素，适用于对范围
覆盖度要求较高的场景。
附图说明
[0042] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
[0044] 图2是本发明实施例四的结构示意图。
具体实施方式
[0045] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0046] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0047] 本发明总的思路是：首先获取当前状态下的热工水力参数的实测值，再基于热工水力参数的参考值和所述实测值，确定热工水力参数的变化值，最后，基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式。
[0048] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本
申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0049] 实施例一
[0050] 在介绍本实施例方法之前，首先介绍本实施例的思路。考虑到在某一特定的反应堆内，堆内固体构件的布置及材料是确定的，不会随着反应堆内的热工水力参数的变化而变化，因此在确定了中子能量的情况下，宏观截面可以认为只与热工水力参数相关，而其他因素都成为了常量，因此宏观吸收截面的计算可以写成：
[0051] Σxg＝f(Xi) 公式(1)
[0052] 其中，Σxg表示能群为g的中子发生x核反应的宏观截面，Xi表示需要考虑的热工水力参数。本实施例中所考虑的热工水力参数包括燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度，因此，可以将公式(1)细化为公式(2)：
[0053] Σxg＝f(Tf,TM,ρM,CB) 公式(2)
[0054] 其中，Σxg表示能群为g的中子发生x核反应的宏观截面，Tf表示燃料温度，TM表示冷却剂温度，ρM表示慢化剂密度，CB表示硼浓度。
[0055] 对上述公式(2)进行泰勒展开，并确定一个参考状态，假如参考状态时的燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度分别为TfREF、TMREF、ρMREF、CBREF，参考状态时能群为g的中子发生x核反应的宏观截面为Σ0xg，这样该公式(2)就可以写成公式(3)：
[0056]
[0057] 将公式(3)简化表示成公式(4)：
[0058]
[0059] 其中，aixg、bixg、cixg、dixg为预先确定的常数，ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB表示热工水力参数中的燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的变化值，Σxg表示当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，Σ0xg表示热工水力参数为所述参考值时所对应的参考宏观截面，n为大于等于2的正整数，一般取2即可满足要求，即进行2次泰勒展开即可满足要要求。
[0060] 根据公式(4)可见，只要预先确定好aixg、bixg、cixg、dixg，则后期只需获取ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB，将其代入公式(4)即可，这样也是本实施例的总体思路。对于公式(4)中的参数Σ0xg、aixg、bixg、cixg、dixg，可以通过预先计算得到。具体的，根据多项式差值的唯一性定理，对于给定n+1个点 若xi两两不相同，则存在唯一一个次数不超过n的多项式y＝P(x),使得yi＝P(xi)(i＝0,1,...,n)成立。因此采用n项式展开则需要n+1个两两不相同的点。因此，确定好公式(4)中的展开的项数n后可通过传统方法获得不同热工参数工况下的截面参数，过程为：
[0061] 1)确定一个热工工况为参考状态，而该参考状态下的截面参数作为基本状态截面参数，这里以(Σ0xg,T0f,T0M,ρ0MC0B)表示；
[0062] 2)改变Tf而维持其他热工参数不变，获得其他Tf下的截面值，Tf的选取个数需满足n+1的原则，这里以 表示；
[0063] 3)改变TM而维持其他热工参数不变，获得其他TM下的截面值，TM的选取个数需满足n+1的原则,这里以 表示；
[0064] 4)改变ρM而维持其他热工参数不变，获得其他ρM下的截面值，ρM的选取个数需满足n+1的原则,这里以 表示；
[0065] 5)改变CB而维持其他热工参数不变，获得其他CB下的截面值，CB的选取个数需满足n+1的原则,这里以 表示；
[0066] 这里需要注意的是Σ0xg与Σ0fxg、Σ0Mxg、Σ0ρxg、Σ0Cxg实际上相等，所以在步骤1)确定了Σ0xg之后，对于以上的步骤2)-5)，j实际上只用取1至n即可。因此，通过步骤1)可以直接得到∑0xg，再将步骤2)中的截面值与热工参数值的数据 代入公式(4)，我们可以分别得到燃料温度的方程组为：
[0067]
[0068] 显然，其上的方程组可以视为关于aixg的方程组，其中ΔTif表示Tif与T0f的差值。通过解上面的方程组即可得到aixg。同理，对于冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度同样可以得到相应的方程组，通过解方程组可以得到bixg、cixg、dixg的值。
[0069] 根据以上分析，结合图1，本实施例的方法包括：
[0070] S101、获取当前状态下的热工水力参数的实测值；优选的，所述热工水力参数包括燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度；
[0071] S102、基于热工水力参数的参考值和所述实测值，确定热工水力参数的变化值；
[0072] S103、基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式，所述泰勒展开式具体为上述的公式(4)。
[0073] 可见，本实施例在步骤S102通过简单的减法计算即可确定热工水力参数的变化值ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB，然后只需将ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB代入公式(4)即可得到当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，计算速度快，解决了在高计算速度要求下的中子物理截面与热工水力耦合的问题。
[0074] 优选的，本实施例的方法还包括，在步骤S101之前，执行以下步骤以预先确定aixg、bixg、cixg、dixg的常数值：
[0075] S1011、基于其他已知的宏观截面计算方法，获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值所对应的参考宏观截面Σ0xg；
[0076] S1012、基于其他已知的宏观截面计算方法，获取冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及燃料温度的不同测试值Tjf，所对应的不同的宏观截面Σjfxg，基于所述Σ0xg、Σjfxg和Tjf，计算得到所述aixg；
[0077] S1013、基于其他已知的宏观截面计算方法，获取燃料温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及冷却剂温度的不同测试值TjM，所对应的不同的宏观截面ΣjMxg，基于所述Σ0xg、ΣjMxg和TjM，计算得到所述bixg；
[0078] S1014、基于其他已知的宏观截面计算方法，获取燃料温度、冷却剂温度、硼浓度的参考值以及慢化剂密度的不同测试值ρjM，所对应的不同的宏观截面Σjρxg，基于所述Σ0xg、Σjρxg和ρjM，计算得到所述cixg；
[0079] S1015、基于其他已知的宏观截面计算方法，获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度的参考值以及硼浓度的不同测试值CjB，所对应的不同的宏观截面ΣjCxg，基于所述ΣOxg、ΣjCxg和CjB，计算得到所述dixg；
[0080] 其中，j依次取1至n的n个正整数。需要说明的是，以上步骤S1012-S1015并不存在先后顺序上的限制。
[0081] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的
硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random ABBessMemory，RAM)等。
[0082] 实施例二
[0083] 基于同一发明构思，实施例二公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序可被处理器读取并执行如实施例一所述的方法。
[0084] 实施例三
[0085] 基于同一发明构思，实施例三公开了一种中子物理截面与热工水力的耦合系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器读取并执行如实施例一所述的方法。
[0086] 实施例四
[0087] 参考图2，基于同一发明构思，实施例四公开了一种中子物理截面与热工水力的耦合系统，包括：
[0088] 热工水力参数实测值获取单元201，用于获取当前状态下的热工水力参数的实测值，优选的，所述热工水力参数包括燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度。
[0089] 热工水力参数变化值获取单元202，基于热工水力参数的参考值和所述实测值，确定热工水力参数的变化值。
[0090] 宏观截面获取单元203，用于基于所述热工水力参数的变化值和计算式，获得当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，所述计算式为自变量为热工水力参数、因变量为所述宏观截面的函数的泰勒展开式。
[0091] 其中，所述泰勒展开式具体为：其中，aixg、bixg、cixg、dixg为
预先确定的常数，ΔTf、ΔTM、ΔρM、ΔCB表示热工水力参数中的燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的变化值，Σxg表示当前状态下某一特定中子能群下的中子发生某一类型核反应的宏观截面，Σ0xg表示热工水力参数为所述参考值时所对应的参考宏观截面，n为大于等于2的正整数。
[0092] 优选的，所述系统还包括：
[0093] Σxg0计算单元，用于获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值所对应的参考宏观截面ΣOxg；
[0094] aixg计算单元，用于获取冷却剂温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及燃料温度的不同测试值Tjf，所对应的不同的宏观截面Σjfxg，基于所述Σ0xg、Σjfxg和Tjf，计算得到所述aixg；
[0095] bixg计算单元，用于获取燃料温度、慢化剂密度、硼浓度的参考值以及冷却剂温度的不同测试值TjM，所对应的不同的宏观截面ΣjMxg，基于所述Σ0xg、ΣjMxg和TjM，计算得到所述bixg；
[0096] cixg计算单元，用于获取燃料温度、冷却剂温度、硼浓度的参考值以及慢化剂密度的不同测试值ρjM，所对应的不同的宏观截面Σjρxg，基于所述Σ0xg、Σjρxg和ρjM，计算得到所述cixg；
[0097] dixg计算单元，用于获取燃料温度、冷却剂温度、慢化剂密度的参考值以及硼浓度的不同测试值CjB，所对应的不同的宏观截面ΣjCxg，基于所述Σ0xg、ΣjCxg和CjB，计算得到所述dixg；
[0098] 其中，j依次取1至n的n个正整数。
[0099] 需要指出的是，上文对各种单元的描述中，分割成这些单元，是为了说明清楚。然而，在实际实施中，各种单元的界限可以是模糊的。例如，本文中的任意或所有功能性单元可以共享各种硬件和/或
软件元件。又例如，本文中的任何和/或所有功能单元可以由共有的处理器执行软件指令来全部或部分实施。相应地，除非明确要求，本发明的范围不受各种硬件和/或软件元件间强制性界限的限制。
[0100] 综上所述，本发明的中子物理截面与热工水力的耦合方法、系统以及存储介质，具有以下有益效果：本发明解决了在高计算速度要求下的中子物理截面与热工水力耦合的问题，实现方式简便，对所有应用场景，使用简单的编程语言即可实现，适合批量多个能群、多种截面的处理方式，后期适应性修改难度低；而且，可以综合考虑核反应堆中子物理截面与热工水力耦合中的所有影响因素，适用于对范围覆盖度要求较高的场景。
[0101] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和
权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
