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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

    在线堆芯监测系统的研究现状与建议

    厉井钢李文淮张香菊王军令...
    1393-1405页
    查看更多>>摘要：在线堆芯监测系统(CMS)是核电站保障安全运行的重要系统，其主要功能是实时监测堆芯内部的关键参数变化，以便及时发现潜在的异常情况并提供后续操作建议。本文对在线CMS的主要功能进行了数学建模，明确了其核心的建模正问题以及监测、诊断和运行支持反问题。通过对国内外典型在线CMS的研究现状进行分析，明确了上述正反问题的求解思路，为后续在线CMS解决具体工程问题提供参考。其中，堆芯建模问题涉及高低保真度的机理模型、机器学习模型和降阶模型等。利用不同类型探测器和数据同化算法，解决探测器布置、物理场重构及不确定性量化问题是监测反问题的核心。诊断反问题则主要通过堆内外中子探测器信息，实现对棒失步、自给能中子探测器异常和振动异常等故障原因分析。运行支持反问题则主要利用堆芯跟随的理论模型，进行反应性或功率分布控制。最后，本文指出当前在线CMS技术研究中多源信息融合、不确定度量化和运行规程等方面存在的挑战。特别是在数字孪生及数值反应堆的框架下，考虑各种不确定性因素影响，实现机组运行能力提升，是在线CMS后续发展的重点方向之一。

    在线堆芯监测系统SOPHORA反问题数字孪生

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    华龙一号堆芯在线监测系统的设计与实现

    张香菊蔡利王军令杨梦怡...
    1406-1412页
    查看更多>>摘要：不同于CPR1000等二代核反应堆堆型使用的堆底插入式移动中子探测器，华龙一号等三代核反应堆使用自给能中子探测器(SPND)作为反应堆堆芯中子测量硬件，本文详细阐述了华龙一号使用的基于SPND的高精度堆芯监测系统的设计和实现。首先，提出了一种新型SPND信号处理方法，这种方法不仅解决了传统设计软件无法进行高精度SPND电流计算的缺陷，而且还能对测量的SPND进行高精度信号处理，并基于此建立了一种高精度的堆芯三维功率重构方法。随后，描述了基于这套理论模型设计出的华龙一号堆芯在线监测系统SOPHORA，并详细说明了其不确定度分析方法。不确定度分析结果表明，该系统的各项关键参数的精度可以满足高精度堆芯监测的需要。最后，为了确认该系统的性能，对比分析了华龙一号首堆在启堆过程中的测量与理论预测SPND电流的偏差和组件功率分布的偏差。结果显示，该偏差远小于启动物理试验的规程要求。不确定度分析结果和启堆过程中组件功率偏差分析结果的双重验证表明，SOPHORA实现了高精度堆芯监测，其使用的SPND信号处理及堆芯三维功率重构方法具有显著的准确性和可靠性。

    华龙一号SPND堆芯在线监测系统SOPHORA

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    基于数据同化的棒束流场湍流模型常数标定方法研究

    李逸曲文海熊进标
    1413-1423页
    查看更多>>摘要：为了提升压水堆棒束燃料组件内二次流预测精度，采用基于集合卡尔曼滤波算法的数据同化策略对非线性涡粘模型的关键模型系数进行标定。为了提升数据同化策略的收敛速度，降低模型常数的收敛残差，采用基于模型常数敏感性分析的定向抽样和基于空间相关长度的局部修正等方法，改进了数据同化策略和集合卡尔曼滤波算法。本文基于改进的数据同化策略，利用 5×5棒束通道定位格架下游流场实验观测数据，标定了非线性涡粘模型。研究结果表明，与标准非线性涡粘模型相比，标定后的非线性涡粘模型对棒束通道定位格架下游二次流的预测精度显著提高，成功预测了标准模型常数未能准确预测的横截面涡结构。

    定位格架二次流非线性涡粘模型集合卡尔曼滤波数据同化

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    基于"全局-局部"搜索的核反应堆运行孪生反问题求解

    龚禾林洪历展赵文博王江宇...
    1424-1431页
    查看更多>>摘要：反应堆运行孪生在反应堆运行过程中为反应堆提供实时的参数和物理场估计，为后续相关安全参数计算提供输入。反问题求解是反应堆运行孪生的核心模块，是确保运行孪生参数和物理场估计的实时性和准确性的关键。当前的运行孪生反问题求解方法依赖于初始参数的估计，其估计精度直接决定数字孪生的精度。为了提高运行孪生反问题求解精度和计算效率，本文提出了"全局-局部"搜索(GLS)的反问题求解方法。对基于华龙一号构建的反应堆运行孪生进行了测试，考察了观测量无噪声和有噪声时反问题求解的精度和计算效率。结果表明，此方法可为反应堆运行孪生提供实时准确的参数和物理场估计，为工程实践打下了基础。

    反应堆运行孪生反问题模型降阶华龙一号

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    基于实测数据融合的堆芯物理模型反演优化方法及工业验证研究

    郭林张凯万承辉吴宏春...
    1432-1439页
    查看更多>>摘要：由于堆芯运行过程中的组件辐照生长、冷却剂高速冲击等因素，燃料组件不可避免地会出现弯曲现象。但机组运行期间无法直接测量燃料组件弯曲状态，导致数值模拟采用的堆芯物理模型与真实堆芯状态之间存在差异，直观上表现为堆芯功率分布的计算值与实测值存在显著误差。为了提高数值模拟精度，本文开展了基于实测数据融合的堆芯物理模型反演优化方法研究:采用人工神经网络算法，通过大量样本训练建立堆芯物理模型与实测数据物理场之间的显式函数关系;基于三维变分算法和实测数据物理场，建立物理模型反演优化代价函数，通过实测数据反演优化得到与真实状态更为接近的堆芯物理模型。为了实现方法验证，本文利用国内某商用压水堆核电厂的功率分布实测数据对堆芯燃料组件弯曲实现了反演优化。数值结果表明:采用反演优化得到的堆芯物理模型，可将堆芯功率分布计算误差的最大值由13。4%降至 7。7%，显著提升了堆芯数值模拟结果的精度。因此，本文提出的基于实测数据融合的堆芯物理模型反演优化方法能够显著提高堆芯数值模拟的精度，在核反应堆数字孪生技术研发中具有重要的应用价值。

    实测数据融合模型反演优化三维变分算法人工神经网络算法

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    参数化流动传热问题的模型降阶方法研究

    杨迪段承杰丁鹏宋菊青...
    1440-1451页
    查看更多>>摘要：高精度的数值模型是构建反应堆堆芯数字孪生的基础，但传统的高分辨率数值模型的计算效率无法满足数字孪生的需求。为显著提高计算效率，综合利用伽辽金投影法和径向基函数插值法构造了参数化流动传热问题的降阶模型。该模型以典型的数值解作为学习样本，通过本征正交分解获得各物理场分布的主模态作为缩减基，然后将控制方程在缩减基张成的空间上进行投影以获得自由度个数显著降低的降阶模型。螺旋十字型燃料冷却剂的测试算例表明，相较于全阶模型，该降阶模型可实现高达 3～4个数量级的加速效果，降阶模型的速度场与压力场的相对误差均小于10%。

    流动传热降阶模型本征正交分解径向基函数插值

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    基于谐波参数化方法预测控制棒棒位

    申鹏飞张成龙张鹏周梦飞...
    1452-1458页
    查看更多>>摘要：微型堆中控制棒棒位的准确探测对于微纳型核能系统的远程实时监测和无人化智能化运营至关重要，也会影响功率在线监测的精度。本文提出了一种谐波参数化方法，将高阶谐波拟合为控制棒棒位的多项式函数矩阵，构造探测器响应方程，通过搜索棒位以最小化残差来实现精准的控制棒棒位预测，同时可得到对应的高阶谐波及堆芯重构功率。基于棱柱式气冷堆模型完成验证，数值结果表明，预测棒位的平均偏差为 1。6 cm，预测精度较高;相比于固定高阶谐波，节块级功率重构的最大均方根相对误差从 6。1%降至3%以内，最大相对误差从 14。5%降至 5%以内。这些结果验证了谐波参数化方法预测控制棒棒位以及改善堆芯功率重构精度的可行性，并为后续气冷微堆在线监测及故障诊断提供了一种思路。

    气冷微堆谐波参数化方法控制棒棒位预测功率重构

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    基于裂变矩阵的谐波计算及其在气冷微堆功率监测中的应用

    申鹏飞张鹏周梦飞张成龙...
    1459-1466页
    查看更多>>摘要：气冷微堆受限于堆芯体积及堆内高温高辐照运行环境，仅能布置少量堆外探测器用于功率监测。采用基于裂变矩阵产生高阶谐波的谐波展开法进行堆芯功率重构。通过反应堆蒙特卡罗程序RMC统计裂变矩阵，使用瑞利商迭代法求解特征向量，构造高阶谐波库;将堆芯三维功率分布用高阶谐波展开，结合探测器响应矩阵，实现三维功率在线监测。进一步研究了温度、燃耗、控制棒棒位对功率重构精度的影响，结果表明:温度、燃耗变化的工况下，气冷微堆节块平均功率的重构值与蒙特卡罗模拟参考值之间的均方根相对误差小于 3%，最大相对误差小于 5%;控制棒棒位变化对重构精度的影响较大，通过采用临近棒位的谐波组进行功率重构，均方根相对误差小于 3%。验证结果为气冷微堆在线监测系统的后续研发提供参考。

    气冷微堆裂变矩阵谐波展开法功率重构

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    基于PCA的气冷微型堆堆芯在线监测方法研究

    张成龙周梦飞张鹏刘国明...
    1467-1477页
    查看更多>>摘要：先进微型堆的研发面临仅依靠少量堆外探测器信号实现堆芯在线监测的挑战。本研究提出一种通过主成分分析和堆外探测器空间响应函数进行堆芯功率重构和棒位预测的方法，并在气冷微型堆上初步验证其可行性。研究结果表明，通过核设计程序构建不同工况下堆芯节块功率分布数据库，可以选择少于堆外探测器信号个数的主成分实现堆芯功率分布的降维，且样本恢复精度在 2。5%以内;为保证主成分的适用性，应使功率分布数据库包含尽量全面的工况因素;堆外探测器响应函数受其与堆芯节块的相对位置影响显著，轴向探测器响应受前后反射层厚度影响明显，径向探测器响应与全堆燃料组件列均有映射关系;节块级功率重构可基于主成分降维和堆外探测器信号通过最小二乘法实现，重构误差在 2。9%以内;轴向芯块级功率重构可基于重构的节块级功率通过多项式拟合实现，最大功率因子拟合误差在 0。2%以内;棒位预测可通过构建棒位与功率在主成分上的投影系数之间函数映射模型和非线性最小二乘法拟合实现，棒位预测偏差在 0。5 cm以内。该堆芯在线监测方法功率重构、棒位预测精度高，不受堆型和工况限制，可应用在各种先进微堆研发中。

    气冷微型堆主成分分析堆外探测器响应函数功率重构控制棒棒位预测

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    基于评价核数据库的多群协方差处理程序CovarXS的开发与验证

    马续波马旭东黄钰琴张辰...
    1478-1487页
    查看更多>>摘要：核数据的不确定度已成为反应堆物理计算结果不确定度的主要来源，而不确定度计算需要的核截面协方差数据处理软件强烈依赖于国外相关计算软件，目前国内对核数据协方差信息处理软件鲜有报道，且对其处理方法和理论研究不多，为此，本文深入研究多群协方差信息处理理论，在自主开发的先进核截面处理程序AXSP中开发了多群协方差处理模块CovarXS，基于ENDF/B-Ⅶ。1评价核数据库制作了 33群协方差数据库，通过与NJOY2016中的ERRORR模块计算结果对比，产生的相对协方差数据的相对误差小于1。0%，验证了CovarXS模块开发的正确性。在此基础上，利用制作的 33群协方差矩阵对MOX燃料钠冷快堆BN-600基准题进行了分析，对影响系统keff的不确定性最大的核素及其截面进行了分析。基于CovarXS模块和ERRORR计算得到的不同核素对keff的不确定度贡献的相对误差小于 0。893%，由此说明CovarXS模块处理得到的多群协方差数据库精度与ERRORR模块生成的多群协方差数据库的精度相当。

    AXSP软件CovarXS模块协方差矩阵BN-600不确定性分析

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