针对金属矿充填固化过程多场性能监测理论及技术研究的需求，本书本书系统介绍核反应堆物理的理论、技术和常用软件，包括核数据库制作、中子输运方程及其确定论和概率论数值解法、中子输运方程的扩散近似及其数值方法、共振自屏计算方法、燃耗方程及其数值方法、中子输运共轭方程与微扰理论、核反应堆中子动力学、压水堆堆芯物理计算方法、敏感性和不确定性分析等。
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序
前言
第1章 绪论 1
参考文献 3
第2章 核数据库制作 4
2.1 评价核数据库 4
2.2 核数据处理 8
2.2.1 核数据处理的基本流程 8
2.2.2 多群数据计算方法 9
2.2.3 共振积分表的计算方法 12
2.2.4 能群结构 12
2.3 燃耗数据库的制作 13
2.4 中子动力学参数 17
2.5 中子热化截面 17
2.5.1 热中子散射基本原理 17
2.5.2 热中子散射截面计算 18
2.6 常用核数据处理程序介绍 20
2.6.1 NJOY 20
2.6.2 NECP-Atlas 20
2.6.3 PREPRO 20
2.6.4 FUDGE 21
2.6.5 FRENDY 21
2.6.6 GRUCON 21
参考文献 21
第3章 中子输运方程 23
3.1 中子输运方程的导出 23
3.1.1 基本物理量 23
3.1.2 中子输运方程的建立 25
3.1.3 边界条件 27
3.2 特征值问题 27
3.2.1 k特征值问题 27
3.2.2 α特征值问题 28
3.3 多群中子输运方程 30
3.3.1 分群理论及群常数 30
3.3.2 多群中子输运方程的源项 31
3.4 中子输运方程的积分形式 33
3.5 中子输运方程的二阶形式 35
3.5.1 奇偶形式的中子输运方程 36
3.5.2 自共轭形式的SAAF方程 37
参考文献 39
第4章 中子输运方程的确定论数值方法 40
4.1 球谐函数和简化球谐函数方法 40
4.1.1 球谐函数和勒让德函数 40
4.1.2 一维平板几何下的PN方法 41
4.1.3 三维直角坐标系下的PN方法 45
4.1.4 简化球谐函数法和SP3方程 49
4.2 离散纵标方法 51
4.2.1 SN方程的建立 51
4.2.2 一维平板几何下的SN方法 52
4.2.3 三维直角坐标系下的SN方法 54
4.2.4 射线效应及其消除方法 59
4.3 特征线方法 61
4.3.1 特征线方程的建立 61
4.3.2 特征线方程的解 63
4.3.3 特征线追踪技术 67
4.3.4 二维/一维耦合算法 71
4.4 碰撞概率方法 73
4.4.1 平源近似 75
4.4.2 二维多柱系统的首次碰撞概率 76
4.4.3 一维同心圆柱系统的首次碰撞概率 80
4.4.4 互易关系式 82
4.5 数值方法的加速技术 84
4.5.1 渐近源外推Lyusternik-Wagner方法 85
4.5.2 Wielandt加速方法 86
4.5.3 扩散综合加速方法 87
4.5.4 粗网有限差分方法 90
参考文献 93
第5章 中子输运方程的扩散近似及其数值方法 96
5.1 中子输运方程的扩散近似 97
5.1.1 P1近似与P1方程 99
5.1.2 输运修正近似与中子扩散方程 102
5.1.3 中子扩散边界条件 104
5.2 有限差分方法 107
5.2.1 网格剖分 107
5.2.2 方程离散 108
5.2.3 边界条件离散 111
5.2.4 代数方程组构建 112
5.2.5 迭代求解 112
5.3 节块展开方法 113
5.3.1 网格划分 113
5.3.2 中子平衡方程 113
5.3.3 横向积分 114
5.3.4 基函数展开 115
5.3.5 横向泄漏处理 117
5.3.6 净中子流耦合方程 119
5.3.7 边界条件 120
5.3.8 迭代求解 121
5.4 非线性迭代节块方法 122
5.4.1 全局CMFD离散 123
5.4.2 全局与局部的非线性耦合迭代 124
5.4.3 局部两节块离散 125
5.5 非均匀变分节块方法 128
5.5.1 泛函建立 129
5.5.2 泛函离散 130
5.5.3 响应矩阵计算 132
5.5.4 迭代求解 133
参考文献 134
第6章 中子输运方程的概率论数值方法 136
6.1 蒙特卡罗方法的基本原理 136
6.1.1 蒙特卡罗方法——统计实验方法 136
6.1.2 收敛性与误差 138
6.1.3 随机数 140
6.1.4 随机抽样方法 142
6.2 蒙特卡罗方法求解中子输运问题 147
6.2.1 中子发射密度方程与蒙特卡罗模拟 147
6.2.2 中子输运历史模拟 149
6.2.3 计数统计方法 153
6.2.4 临界问题求解 155
6.3 减方差技巧 159
6.3.1 减方差方法概述 159
6.3.2 几何分裂与轮盘赌 161
6.3.3 隐吸收方法 161
6.3.4 权窗方法 161
6.3.5 CADIS方法 162
6.4 蒙特卡罗方法的加速技术和高性能计算* 166
6.4.1 蒙特卡罗大规模计算挑战 166
6.4.2 粒子并行方法 168
6.4.3 数据分解并行方法 171
6.4.4 异构并行方法 173
6.5 常用蒙特卡罗程序简介 174
6.5.1 MCNP 174
6.5.2 Serpent 175
6.5.3 OpenMC 175
6.5.4 MONK 175
6.5.5 TRIPOLI-4 176
6.5.6 MVP/GMVP II 176
6.5.7 McCARD 176
6.5.8 RMC 177
6.5.9 JMCT 177
6.5.10 NECP-MCX 177
参考文献 178
第7章 共振自屏计算方法 181
7.1 共振能区的中子能谱 183
7.1.1 均匀系统的渐近能谱 183
7.1.2 非均匀系统的渐近能谱 187
7.2 等价理论方法 189
7.2.1 逃脱概率有理近似 189
7.2.2 共振截面的计算与插值方法 194
7.2.3 栅格系统与丹可夫因子 195
7.3 子群方法 201
7.3.1 子群的物理意义 202
7.3.2 子群参数的计算 202
7.3.3 子群中子慢化方程及求解 206
7.3.4 子群方法中共振干涉效应的处理 208
7.4 超细群方法 210
7.4.1 均匀系统的超细群慢化方程 210
7.4.2 非均匀系统的超细群慢化方程 212
7.4.3 超细群方法的发展与应用 219
7.5 全局-局部耦合方法 220
7.5.1 全局-局部耦合方法的理论框架 221
7.5.2 全局效应计算 221
7.5.3 耦合计算 222
7.5.4 局部效应的计算 223
参考文献 230
第8章 燃耗方程及其数值方法 232
8.1 燃耗方程 232
8.1.1 燃耗链 232
8.1.2 燃耗方程的形式 233
8.2 泰勒展开方法 234
8.3 线性子链方法 235
8.4 切比雪夫有理近似方法 237
8.5 常用程序介绍 238
8.5.1 ORIGEN 238
8.5.2 CINDER 238
8.5.3 FISPACT 239
8.5.4 DEPTH 239
8.5.5 NECP-ERICA 239
参考文献 239
第9章 中子输运共轭方程与微扰理论 241
9.1 中子输运共轭方程与中子价值 241
9.1.1 内积及共轭算符 241
9.1.2 中子输运方程的共轭形式 244
9.1.3 共轭方程的本征值及本征函数 247
9.1.4 多群共轭方程及其求解 248
9.1.5 中子价值 250
9.2 微扰理论 252
9.2.1 一阶微扰理论 252
9.2.2 广义微扰理论 257
9.2.3 高阶微扰理论 259
9.3 微扰理论在反应堆物理分析中的应用 261
9.3.1 应用微扰理论计算特征值敏感性系数 261
9.3.2 应用高阶微扰理论计算控制棒价值 264
参考文献 268
第10章 核反应堆中子动力学 269
10.1 中子动力学理论 269
10.1.1 与时间有关的反应堆中子学现象 269
10.1.2 反应堆动力学的研究对象 270
10.1.3 缓发中子 270
10.2 点堆中子动力学 272
10.2.1 一般点堆动力学方程 272
10.2.2 精确点堆动力学方程 275
10.2.3 数值计算方法简介 277
10.2.4 点堆动力学的应用 284
10.3 时空中子动力学 293
10.3.1 时间直接离散法 296
10.3.2 因式分解法 298
10.3.3 模项展开法 300
参考文献 302
第11章 压水堆堆芯物理计算方法 304
11.1 栅格计算 306
11.1.1 泄漏修正方法 306
11.1.2 输运-燃耗耦合方法 310
11.1.3 分支计算 311
11.2 等效均匀化计算 311
11.2.1 均匀化基本原理 312
11.2.2 传统均匀化方法 314
11.2.3 等效均匀化方法 316
11.2.4 超级均匀化方法 318
11.2.5 围板/水反射层均匀化方法 319
11.2.6 均匀化常数参数化 324
11.3 堆芯稳态计算 330
11.3.1 精细功率重构方法 330
11.3.2 控制棒尖齿效应处理方法 336
11.3.3 动力学参数计算方法 338
11.4 堆芯瞬态计算 339
11.4.1 瞬态物理-热工耦合计算 340
11.4.2 耦合方式 340
11.4.3 耦合途径 343
11.4.4 网格映射与时间步长 343
11.5 典型压水堆核设计程序简介 345
11.5.1 SCIENCE软件 345
11.5.2 CASMO/SIMULATE软件 347
11.5.3 NECP-Bamboo软件 347
参考文献 349
第12章 敏感性和不确定性分析 351
12.1 基本概念 351
12.1.1 数学定义 352
12.1.2 核数据的协方差 352
12.1.3 敏感性分析与不确定性分析 354
12.2 基于微扰理论的分析方法 356
12.2.1 中子输运计算敏感性分析 356
12.2.2 燃耗计算敏感性分析 359
12.3 基于统计学抽样的分析方法 363
12.3.1 基本理论 364
12.3.2 抽样方法 365
12.3.3 核数据扰动和自洽守恒原则 366
12.4 核反应堆不确定性分析及应用 371
12.4.1 核反应堆不确定性分析 371
12.4.2 核数据同化方法 372
12.4.3 目标精度评估方法 375
参考文献 377
附录A 对中国核反应堆物理有突出贡献的人物简介 379
A.1 朱光亚 379
A.2 黄祖洽 383
A.3 于敏 385
A.4 阮可强 387
A.5 王大中 389
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