压水堆核电厂一次屏蔽深穿透计算研究

基于三维全堆芯PIN-BY-PIN功率分布的反应堆一次屏蔽计算是核电厂辐射屏蔽设计的重点和难点，是典型的大型复杂源项和几何深穿透屏蔽问题。针对AP1000核电厂，采用蒙特卡罗程序及离散纵标程序DORT，对一次屏蔽混凝土墙进行详细的计算分析。通过开发蒙特卡罗程序面源续算技术，有效地解决了蒙特卡罗程序深穿透难收敛问题，获得可信的统计结果。结果表明，所开发的蒙特卡罗程序面源续算技术有效地解决了大规模深穿透难收敛问题；一次屏蔽计算中，蒙特卡罗程序与DORT计算得到的快中子、中能中子及光子注量率结果吻合良好；热中子计算结果随着径向距离增加，误差逐渐累积，尤其是在一次屏蔽墙混凝土中DORT计算结果偏小。经研究分析两种方法计算结果相对偏差主要是由反应截面数据库不同导致。所采用的处理蒙特卡罗程序深穿透问题的面源续算方法以及AP1000一次屏蔽的研究结论对实际核电工程设计具有参考价值。

反应堆一次屏蔽设计是核电厂辐射屏蔽设计的核心内容之一，其设计的优劣直接影响到核电站设计寿命以及工作人员与周围环境的辐射安全。反应堆一次侧屏蔽主要由围绕堆芯的堆内构件、水隙、压力容器(RPV)以及混凝土结构等部件组成， 对防止压力容器的材料性能变化、保证混凝土一次屏蔽外的部件和结构不被过度活化、保证人员与周围环境辐射安全等具有十分重要的意义。反应堆一次屏蔽计算几何复杂且规模庞大，国内外相关研究多关注压力容器及以内的屏蔽分析，并在堆芯源项描述时采用组件部分均匀化或二维功率分布等近似[1]-[4]。而在实际的工程设计中，采用精确的三维全堆芯PIN-BY-PIN 源分布，精确计算整个一次屏蔽包括混凝土区域对核电厂设计至关重要。

采用三维蒙特卡罗程序和二维离散纵标程序DORT，基于三维全堆芯PIN-BY-PIN 功率分布，对压水堆核电厂一次屏蔽进行详细地计算研究。

2. 计算方法 2.1. 源项处理 压水堆核电厂一次屏蔽设计， 三维PIN-BY-PIN 源分布能够提高计算精度。

在实际堆芯运行过程中， 堆芯中核素成分、裂变份额及裂变能谱等随着燃耗变化而不断变化，基于考虑组件燃耗深度后的堆芯平衡循环平均的PIN-BY-PIN 功率分布，根据公式(1)可计算得到各棒按能群分布源强，对所有棒源强进行相加得到全堆芯总源强归一化因子。

()()()()() ( )(), , , , , , , , rodnPCPi jB i jS k i jf i j nnk nK i jνχ×××=×∑ (1) 其中，(), , S k i j 为棒(), i j 在第k 能群的源强， 粒子数/cm3⋅s；P 为功率密度， watt/cm3；C = 6.241508 × 1012