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点堆随机动力学微分方程的推导

2020-06-21刘建军朱家彩王瑞利傅学东

核科学与工程 2020年2期
关键词:物理

刘建军,朱家彩,王瑞利,傅学东,任 键

(北京应用物理与计算数学研究所,北京100088)

核反应堆点堆动力学方程是一个描述与时间相关的中子数密度和缓发中子先驱核浓度的常微分方程组。点堆动力学常微分方程组存在单能中子假定、无空间效应等物理描述的局限性。并且该方程组对所有的微观过程(从核裂变放出中子、介质中的中子输运、次级核裂变)的每一个环节都是离散的随机过程,最终都要求进行统计处理。

这种处理,只是把本来是随机过程的中子密度时空分布作为连续函数的输运理论、或扩散近似的一种近似描写[1]。这种处理通常描述的是系统内中子数密度、缓发中子先驱核浓度、功率状态的平均值或期望值。所以,点堆模型核反应动力学方程实际上是确定论的常微分方程,其解也是确定论的平均或期望值。

然而,实际的反应堆动力学过程往往是随机的,自然,中子密度和缓发中子先驱核浓度随着时间变化往往是随机涨落的。在高功率状态,其随机行为是可以忽略的。但是,在近临界、低功率状态,例如,在弱源条件下的反应堆启动、临界安全分析、快中子脉冲堆爆发脉冲实验时[2,3],初始阶段将会出现中子密度和缓发中子增殖过程中的随机性涨落、以及辐射剂量的不确定度问题,这就特别需要我们从理论和技术上进行把握和掌控,以求准确地评估其范围和风险。

显然,我们常用的传统反应堆动力学方程组并不具备处理上述物理现象的功能。……

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