【導(dǎo)讀】隨著世界不斷的發(fā)展，資源消耗愈來愈大，人類對新能源的需求也越來越渴望，所以，核能的大力發(fā)展和高效利用也愈來愈迫切。反應(yīng)堆是核電廠的核心部件，是一。種能以可控方式實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)的裝置。有效增值因數(shù)是決定反應(yīng)堆能否運(yùn)行的關(guān)鍵。參數(shù)，反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性則是描述了反應(yīng)堆在無任何可燃毒物時反應(yīng)性的大小。勻，化控中的硼酸濃度可以根據(jù)反應(yīng)堆實(shí)際運(yùn)行隨時調(diào)節(jié)等等。變對剩余反應(yīng)性產(chǎn)生的影響，運(yùn)用蒙特卡羅方法，并借助MCNP程序?qū)崿F(xiàn)。隨水鈾比的增大先增大后減小等三。條結(jié)論，并且得到結(jié)果與實(shí)際值較符合。化學(xué)補(bǔ)償控制作用機(jī)理.....

　　

【正文】 u=6 imp:n=1 $Zr4合金 25 3 29 16 28 u=6 imp:n=1 $燃料棒頂端包殼 26 3 30 17 28 u=6 imp:n=1 $燃料棒底端包殼 27 1 22 23 24 25 26 u=6 imp:n=1 $柵格內(nèi)除燃料棒外剩余空間 28 6 29 30 26 u=7 imp:n=1 $29 7 29 30 26 27 u=7 imp:n=1 $氦氣 30 8 29 30 27 28 u=7 imp:n=1$Zr4 合金 31 3 29 16 28 u=7 imp:n=1 $燃料棒頂端包殼 32 3 30 17 28 u=7 imp:n=1 $燃料棒底端包殼 33 1 28 29 30 31 32 u=7 imp:n=1 $柵格內(nèi)除燃料棒外剩余空間 34 1 (11 1 2:5:8) 1 imp:n=1 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MCNP模擬硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 20 $壓力容器與燃料區(qū)相夾的空間 35 9 31 (3 6 (9 1 2)) imp:n=1 $大球與壓力容器相夾的空間 36 0 31 imp:n=0 $大球外空間，即真空 MCNP 對反應(yīng)堆臨界模擬 本課題研究的是反應(yīng)堆臨界問題，故不能用通用源，要用臨界源即 KCODE 卡。在臨界源中設(shè)置的初始循環(huán)參數(shù)如下：每次循環(huán)產(chǎn)生源粒子數(shù)目 100000， Keff初始估計(jì)值 ，開始累積計(jì)數(shù)之前跳過循環(huán)數(shù) 30 次，模擬循環(huán)總次數(shù) 200。 MODE N KCODE 100000 30 200 KSRC 0 0 0 50 0 0 50 0 0 0 50 0 0 50 0 $取此五個點(diǎn) c 水 m1 1001 2 $H 8016 1 $O 5010 .0001649298 $B10 5011 .0006680491 $B11 c 低碳鋼 m2 6012 $ C 26000 $ Fe c 不銹鋼 m3 24000 $ Cr 25055 $ Mn 26000 $ Fe 28000 $ Ni c 濃度 m4 92235 $ U235 92238 $ U238 8016 $ O c 濃度 m5 92235 $ U235 92238 $ U238 8016 $ O c 濃度 m6 92235 $ U235 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MCNP模擬硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 21 92238 $ U238 8016 $ O c 氦氣 m7 2021 1 $He c Zr4 合金 m8 50000 $ Sn 26056 $ Fe 24052 $ Cr 6012 $ C 7014 $ N 8016 $ O 40000 $ Zr c 空氣 m9 6012 $C 7014 $N 8016 $O 18000 $Ar 該卡是數(shù)據(jù)卡 ， 在以前的程序中 ， 常用的是 SDEF 卡 ， 沒有用到過 KCODE 卡 ， 所以 ， 這里特別對臨界源卡作一簡單說明。 該卡片第 1行 “mode” 定義了粒子類型為中子， “KCODE” 表示臨界源卡， 格式： KCODE NSRCK RKK IKZ KCT MSRK KNRM NSRCK:每次迭代標(biāo)定的源大小 RKK： Keff 的初始嘗試值 IKZ：開始累積記數(shù)之前應(yīng)跳過的迭代次數(shù) KCT：迭代的總次數(shù) MSRK：提供存儲的源點(diǎn)數(shù) KNRM：記數(shù)歸一化的方法， 0 意味著按權(quán)重記數(shù)，非零值意味著按粒子數(shù)記數(shù)。 臨界計(jì)算時要求此卡。 NSRCK 沒有缺省值。其它各量的缺省值為： RKK=。IKZ=5。KCT=0，這就是說，不依迭代的次數(shù)結(jié)束計(jì)算； MSRK=4500 或 *NSRCK。KNRM=0。無論哪個都很大，僅用有限迭代。 例如上段第二行程序： KCODE 100000 30 200 100000 為每次迭代標(biāo)定的源大小 , 初始假設(shè)的有效增值系數(shù)， 30 為開始跳過的次數(shù)， 200 為循環(huán)的總次數(shù)。 KSRC 臨界計(jì)算的源點(diǎn)、 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MCNP模擬硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 22 格式： X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2?? Xi YiZi:初始源點(diǎn)的位置。 此卡是用于臨界計(jì)算的選擇卡。如果此卡不存在，對臨界計(jì)算就必須提供一個SRCTP 源文件或 SDEF 卡。 這個卡包含多組 NSRCK 組（ x,y,z），它們是 KCODE 臨界計(jì)算的初始源點(diǎn)的位置。至少有一個點(diǎn)必須在柵元的裂變材料中。 通常在每一個裂變區(qū)給出一個點(diǎn)是足夠的， 因?yàn)?MCNP 會很快地計(jì)算且用新的裂變源分布。每個初始源粒子的能量從裂變譜抽樣得到。 例如上段第三行程序： KSRC 0 0 0 50 0 0 50 0 0 0 50 0 0 50 0 (0 0 0)表示源在 x=0,y=0,z=0 的位置，以 次類推（ 50 0 0）、（ 50 0 0）、 (0 50 0)、 (0 50 0) 。 將柵元卡，曲面卡，數(shù)據(jù)卡輸入 inp 文件中，運(yùn)行 MCNP5，得到不同濃度硼酸時對應(yīng)的反應(yīng)堆的 Keff值： 表 Keff 值隨硼酸濃度變化 硼酸濃度（ ppm） Keff 硼酸濃度（ ppm） Keff 0 200 300 400 500 700 1000 1300 2021 圖 Keff 值隨硼酸濃度變化趨勢 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MCNP模擬硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 23 對秦山一期反應(yīng)堆，由 MCNP 模擬得出 Keff大于 1，這主要是由以 下 方面造成的。 本課題研究的反應(yīng)堆 反應(yīng)性 只是在硼酸作為控制毒物時模擬 的 。 對于秦山一期反應(yīng)堆，反應(yīng)堆為了便于運(yùn)行，其本身就有一定的剩余反應(yīng)性，而實(shí)際控制反應(yīng) 堆反應(yīng)性的是 在慢化劑中溶入可溶性硼，在堆芯燃料組件中放置可燃毒物和插入控制棒組件這幾種手段聯(lián)合控制的，而本課題只是模擬了硼酸的影響，而并為考慮可燃毒物和控制棒的影響，故模擬得出 Keff大于 1。 根據(jù) 反應(yīng)性計(jì)算公式 ，可求的 ： 表 反應(yīng)性 隨硼酸濃度變化 硼酸濃度（ ppm） 硼酸濃度（ ppm） 0 200 300 400 500 700 1000 1300 2021 圖 反應(yīng)性 隨硼酸濃度變化 趨勢 由圖 可知，隨 著硼酸濃度的不斷增大，反應(yīng)堆的反應(yīng)性不斷減小 。 由于本課題不考慮控制棒和可燃毒物對反應(yīng)堆的影響， 并由公式 sex ??? ??? 知 ，停堆深度一定， 反應(yīng)性變化即直接反應(yīng)剩余反應(yīng)性 ?ex 的 變化，所以， 隨著硼酸東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MCNP模擬硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 24 濃度的不斷增大，反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性 不斷減小 。 通過 MCNP5 運(yùn)行 ,得到的整個秦山一期反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)模型如下圖所示 : 圖 反應(yīng)堆堆芯 XZ 平面圖 圖 反應(yīng)堆堆芯 XY平面圖 圖 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） MCNP模擬硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 25 圖 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 結(jié)論 26 MCNP 模擬溫度 對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響 上面研究了硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響，從中可以看出，隨著硼酸濃度的增大 ，剩余反應(yīng)性逐漸減小，但是，上面研究的前提是冷卻劑的溫度不變，即一回路溫度都維持在 290℃ 時得出的結(jié)論，事實(shí)上，雖然核電站對溫度控制有嚴(yán)格的措施，但是，溫度還是會在很多情況下出現(xiàn)波動，下面就溫度對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性的影響進(jìn)行簡單的研究。表 說明了不同溫度下水所對應(yīng)的 3cm 質(zhì)量 密度。 表 不同溫度下對應(yīng)水的 質(zhì)量 密度 溫度℃ 水密度 g/ 3cm 溫度℃ 水密度 g/ 3cm 溫度℃ 水密 度 g/ 3cm 250 260 270 280 285 290 295 300 305 310 315 320 330 340 秦山一期反應(yīng)堆 [2]的 水鈾比 是 ， 假設(shè)此時 硼濃度 是固定的 (300ppm)，水的溫度是 250℃ ，則質(zhì)量密度是 g/ 3cm 。 利用 MCNP 的 inp 文件輸入源代碼， 進(jìn)行編程，將水 的質(zhì)量密度換為，然后 運(yùn)行 MCNP5，得到不同 溫度時 反應(yīng)堆的 Keff值： 表 不同溫度對應(yīng)反應(yīng)堆的 Keff 值 溫度（℃） Keff 溫 度（℃） Keff 溫度（℃） Keff 250 260 270 280 285 290 295 300 305 310 315 320 330 340 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 結(jié)論 27 圖 Keff 值隨 溫度 變化趨勢 由圖可知隨著溫度的升高， Keff 減小， 并且 慢化劑的溫度系數(shù)為負(fù)；圖中的一些很接近的相鄰點(diǎn)的波動是由于 MCNP 程序的隨機(jī)誤差造成的。 MCNP 模擬得出 Keff 大于 1，這和硼酸對反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性影響的原因是一樣的，主要是 模擬的控制毒物只有硼酸 。 根據(jù) 反應(yīng)性計(jì)算公式 ，可求的 ： 表 不同溫度對應(yīng)反應(yīng)堆的剩余反應(yīng)性 溫度（℃） 溫度（℃） 溫度（℃） 250 260 270 280 285 290 295 300 305 310 315 320 330 340 東華 理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 結(jié)論 28 圖 反應(yīng)性 隨 溫度的變化趨勢 由圖 可知隨著溫度的 升高，反應(yīng)堆 反應(yīng)性逐漸減小， 并且慢化劑