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原子能科学技术
原子能科学技术

万钢

月刊

1000-6931

yzk@ciae.ac.cn

010-69358024

102413

北京市275-65信箱

原子能科学技术/Journal Atomic Energy Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊由中国原子能科学研究院主办，1959年创刊，国内外公开发行，全国性学术与技术兼顾的原子能类核心期刊，先后被美国工程信息公司《EI Compendex》数据库、美国化学文摘《CA》、日本《科学技术文献速报》、《中国科学引文数据库》、《中国学术期刊（光盘版）》、《方正Apabi电子期刊》、《中国科技期刊数据库》、《CEPS中文电子期刊服务》等收录，并已入网“万方数据——数字化期刊群”。主要刊登核科学技术方面具有创造性的科技成果，旨在促进核科学与技术方面的交流、核技术与其它科学技术间的交叉渗透，推动核科技在国民经济方面的应用。
正式出版
收录年代

    高能涡旋粒子的产生与碰撞:进展、前景及挑战

    郭任彤马木提江·阿巴拜克热卢知为徐忠锋...
    1169-1200页
    查看更多>>摘要：光子、电子及其他粒子的涡旋(扭曲)态指这些粒子相应的波函数呈螺旋状波前的非平面波解。这些涡旋态在沿着平均传播方向上携带内禀轨道角动量，这一特性使得它们的波函数具有螺旋形的相位结构，类似于漩涡状的水流或旋转的陀螺。涡旋粒子因其独特的性质而备受瞩目，诸如拓扑荷数、横向动量分布以及相位奇点的存在，为多个科学分支如成像与通信、超材料、光谱分析、原子与核结构、粒子与强子物理乃至天体物理学等，开启了崭新的探索维度。本文旨在精炼概述各类涡旋粒子产生的实验技术和相应的探测手段，深入分析它们在各类相互作用中的影响，如角动量转移、拓展选择定则、调节原子的线性运动、调制微分截面与能量耗散率及光子偏振的转变，特别是在优化核反应机制、推动粒子加速器技术创新、研究强子内部结构与解析中子星深层构造等方面，凸显其不可小觑的科学价值与应用潜力。

    涡旋态粒子轨道角动量拓扑荷

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    基于Distance-2算法的并行Jacobian矩阵计算及其在耦合问题中的应用

    刘礼勋张汉彭心茹窦沁榕...
    1201-1209页
    查看更多>>摘要：并行Newton-Krylov方法是求解大规模多物理耦合问题的有效方法，如何高效自动计算Jacobian矩阵是一大难点。利用有限差分方法，可避免推导Jacobian矩阵的表达式，实现矩阵的自动计算。现有工作表明，在串行环境下利用矩阵的稀疏性和图着色算法，Jacobian矩阵的计算效率可提高至少1个量级。但在并行环境下，串行着色算法失效，需采用相应的并行着色算法。本研究将图论领域的Distance-2算法应用于Jacobian矩阵的并行着色。通过求解一个简化多物理耦合问题检验了该并行算法的正确性和计算效率。测试结果表明，该并行算法得到的Jacobian矩阵完全正确;着色数随着并行核数的增加略微有所增加，100个进程下并行效率为56％;基于该算法求解多物理耦合问题，其计算时间和Krylov迭代次数较JFNK减少了约1/2。

    Newton-Krylov方法稀疏Jacobian矩阵图着色有限差分分布式并行计算

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    非共振能区连续能量确定论中子输运计算方法研究

    刘浩泼李云召吴宏春曹良志...
    1210-1217页
    查看更多>>摘要：为了分析核反应堆堆芯内相关物理量分布，需要利用数值方法求解中子输运方程。其中，概率论方法计算效率尚无法满足大型工程计算的需求;而确定论方法大都采用多群近似技术，需要制作专门的多群数据库、进行复杂的共振计算。为了消除确定论方法中的多群近似，本研究提出了基于函数展开的连续能量确定论中子输运计算技术。针对核反应微观截面在非共振能区的特点，建立了多项式基函数展开技术，恰当地刻画了中子在能量维度上的耦合特性，给出了中子通量密度和核反应率等物理量随中子能量的分布。本文详细介绍了非共振能区函数展开技术的理论模型、程序开发与验证。数值结果表明，该技术思路可行。

    中子输运方程基函数展开连续能量确定论非共振

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    基于神经网络的热管反应堆多物理场耦合快速预测

    张俊达刘晓晶熊进标柴翔...
    1218-1225页
    查看更多>>摘要：本文基于热管反应堆多物理场耦合分析框架，提出了一种基于数据驱动型神经网络构建的快速预测方案。该方案利用神经网络部分代替分析框架中的数值计算模块，实现核-热-力多物理场耦合迭代过程的高效求解。以Megapower作为分析对象，搭建了相应的神经网络模型构建快速预测方案并对其进行相关参数的预测，与传统数值计算方法对比。快速预测产生的关键参数和数值计算的结果差异很小，其中，最大应力差值不超过2 MPa，燃料平均温度差值不超过3 K。相同计算环境中，相比于数值计算需要6 h的计算时间，快速预测仅需4 min，计算时间降低了 95％以上。基于上述结果，认为基于神经网络的快速预测方案具有准确性高、速度快的特点。配合其灵活性及对训练数据量要求低、可针对性的优化模型等特点，认为基于神经网络的快速预测方案是应对堆芯优化等大规模计算需求场景的优选方案。

    热管反应堆多物理场耦合神经网络快速预测

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    基于瞬态拼接裂变矩阵的耦合型中子动力学算法研发

    李玥航何东豪刘晓晶潘清泉...
    1226-1233页
    查看更多>>摘要：在核反应系统的瞬态计算中，通常使用的确定论方法和蒙特卡罗方法不能同时兼备计算精度与计算效率，其中点堆动力学方法无法得到空间上的分布，扩散方法计算速度快但误差较大，输运方法和蒙特卡罗方法虽然精度高但计算效率低。本文在瞬态裂变矩阵和拼接裂变矩阵理论的基础上，提出了瞬态拼接裂变矩阵方法，该方法可精确快速地进行瞬态分析。其中，瞬态裂变矩阵方法是一种可进行输运计算的混合方法，但需大量的计算时间用于生成瞬态裂变矩阵。拼接裂变矩阵方法是一种可高效处理裂变矩阵数据库以及快速计算全堆芯稳态的方法，但未运用于瞬态分析中。本文通过单棒模型以及组件模型的瞬态工况对瞬态拼接裂变矩阵方法进行验证。结果表明，瞬态拼接裂变矩阵方法在稳态和瞬态计算过程与参考解吻合良好，能在61 cup·h时间完成真实时间0。5 s的插棒-提棒的瞬态三维精确解，均方根误差在整个插棒-提棒的瞬态过程中均保持在0。2％以下。

    裂变矩阵瞬态计算瞬态拼接裂变矩阵蒙特卡罗方法

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    稳态及瞬态中子输运模型的JFNK求解方法研究

    张杨奕张天铖周夏峰
    1234-1241页
    查看更多>>摘要：三维全堆芯pin-by-pin中子输运模型的高效加速方法是核反应堆高精度计算的重点和难点。本文有效融合课题组开发的并行多维离散纵坐标(SN)中子输运程序comeSn和Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)通用求解框架comeJFNK的高效并行特性、鲁棒性和强收敛性，开发了一套三维稳态及瞬态中子输运模型的JFNK并行求解程序comeSn_JFNK。为了提高计算效率，选择中子标通量密度(而非中子角通量密度)作为JFNK全局求解变量，并利用基于空间区域并行的KBA输运扫描方法和物理预处理方法，分别构建了稳态及瞬态模型的JFNK统一残差计算模型。计算结果表明，comeSn_JFNK相比于comeSn，计算效率具有显著优势，对于三维pin-by-pin稳态KAIST-3A算例，加速比为10倍以上;对于栅元均匀化的二维七群瞬态C5G7-TD2系列基准算例，加速比约为30倍。

    JFNK方法中子输运模型离散纵坐标法稳态和瞬态

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    参数化物理内嵌神经网络求解稳态单能中子扩散解集

    谢宇辰马宇王亚辉
    1242-1249页
    查看更多>>摘要：物理内嵌神经网络(PINN)是一种结合了物理学知识的深度学习方法，近年开始被用于计算核工程领域中的堆芯中子问题。然而，PINN在求解不同问题时的网络不可复用性极大地影响了该方法的使用价值和效率。为了解决网络不可复用性问题，提出了一种基于参数化PINN的方法，开发了一种新型的中子扩散物理方程的代理模型。该代理模型具有很高的灵活性和效率，可以在无样本的前提下，快速给出任意给定参数中子扩散问题的解。此外，比较了边界软约束和硬约束下参数化PINN的代理模型预测精度。最后，验证了硬约束PINN代理模型相较于有限元计算软件的加速能力。结果表明，硬约束下的PINN代理模型具有更高的预测精度，且加速比在1 000以上。

    物理内嵌神经网络中子扩散代理模型

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    KRUSTY-HEU热管空间堆体积优化及热力耦合特性研究

    张开辉庄坤张欣欣王森山...
    1250-1260页
    查看更多>>摘要：空间热管堆具有小型化、长寿期、环境适应性强等优点，在航天领域中有广阔的应用前景。本文针对由洛斯阿拉莫斯国家实验室提出的高富集度热管空间堆高浓缩铀方案KRUSTY-HEU，在保持反应性不变的前提下，通过添加慢化剂材料的方法进行体积优化，减小控制棒的体积并降低反射层厚度，用以降低航天器的发射成本和发射载荷。在慢化剂布置方面，本文提出了芯块内层添加慢化剂、芯块内部中间层添加慢化剂和慢化剂与燃料弥散3种方案，并对反应性和安全性进行对比。结果表明，芯块内层添加慢化剂方案优于其他两种方案，最低的反射层厚度为8。69 cm，较之前降低了 3。11 cm，体积降低了约30％。针对优化后的方案进行了中子学和热力学分析，结果表明温度对反应性影响较小且移动反射层能够很好地控制反应性，同时燃耗引起的反应性损失较小。在正常运行时，堆芯温度和热位移与之前相差不大，热应力最大处为慢化剂和芯块的交界面，超过了堆芯材料屈服极限。通过在慢化剂和芯块间添加间隙，在材料屈服极限内有效地降低了热应力。单管失效分析表明堆芯温度、位移和热应力发生变化，但未影响其安全性。综上所述，本文提出的芯块内层添加慢化剂方案可有效降低KRUSTY-HEU的体积，热力耦合特性表明优化后的堆芯仍具有较高的安全性和稳定性。

    空间堆KRUSTYHEU中子物理学热力耦合分析

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    基于多目标进化算法的反应堆辐射屏蔽优化方法研究

    刘程伟陈珍平杨超张华健...
    1261-1270页
    查看更多>>摘要：新型核能与核动力装置的发展对辐射屏蔽设计方法提出了更高要求。面对空间堆、船用堆等装置的小型化、轻量化设计需求，传统辐射屏蔽多目标优化方法存在优化目标少、优化参数单一、全局性差等缺陷，难以满足辐射屏蔽智能设计的需求。本文基于第三代非支配排序遗传算法和改进多目标人工蜂群算法开展面向反应堆屏蔽层重量、体积和特定区域辐射剂量等多目标约束条件下的辐射屏蔽优化方法研究，并对各算法的优化性能、优化方案进行对比分析。结果表明，本文方法相较于传统屏蔽智能设计方法展现了更好的优化性能，并在实际工程问题中体现了可靠性，可为辐射屏蔽设计优化提供新思路。

    辐射屏蔽设计多目标优化进化算法核反应堆

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    基于ENDITS-2.1的CENDL-3.2临界基准检验

    吴海成张环宇
    1271-1279页
    查看更多>>摘要：中国评价核数据库CENDL-3。2于2020年6月正式发布，并在ND2019上介绍了基于系统化宏观检验工具包ENDITS-1。0的临界基准检验结果。为更广泛测试新评价数据库的临界计算准确度并为将来的评价数据改进提供反馈，中国核数据中心发展了 ENDITS-2。1，并用其中2 237个来自国际核临界安全手册IC-SBEP2006的临界基准实验对国际最新版本的评价核数据库进行了临界基准检验。利用趋势分析方法和统计卡方对检验计算结果进行了分析，确定了获得改进的临界系统和评价数据，确认CENDL-3。2较CENDL-3。1有明显改进，临界计算准确度达国际领先水平。最后，结合对灵敏核素相关统计卡方的分析以及皮尔逊卡方检查，提出了 CENDL-3。2库高优先级待改进核素清单，确定了 CENDL库需要优先改进235，238U、239，240Pu、232Th等16种核素的核反应数据。

    评价核数据临界基准检验ENDITS-2.1CENDL-3.2

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