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核反应堆物理计算不确定性分析

作者: 郝琛 , 李富

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2022-11

版次: 1

ISBN: 9787302613367

定价: 98.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 自然科学

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《核反应堆物理计算不确定性分析》从不确定性分析的需求出发,系统地分析、梳理和总结了核反应堆物理计算不确定性分析的研究概貌,并阐述了不确定性分析的基本原理和先进方法,进而基于不确定性传播的思路,全面介绍了核反应堆物理计算不同环节中开展计算不确定性分析的具体方法、数值实现策略及实际工程应用案例和分析。《核反应堆物理计算不确定性分析》主要面向核反应堆研究领域的工程技术、科学研究、教学及管理人员,力求基于本书的方法及数值方案,帮助读者快速、系统地开展核反应堆数值计算不确定性分析。同时,对于从事数值计算并对计算不确定性分析感兴趣的读者也具有一定的参考价值。郝琛，毕业于清华大学，哈尔滨工程大学教授、博士生导师，国际原子能机构HTGR UAM 国际协调研究计划首席科学研究员、中国科协第二批“青年人才托举工程”入选人才、中国科协JMRH联合体首届青托联合会主席团成员、黑龙江省首批“头雁团队”成员、中核集团“青年英才”，科技部重点研发计划项目负责人、国家自然科学基金(青年、面上)项目负责人、中核集团领创基金项目负责人。科研聚焦于核反应堆物理高保真度数值计算及计算不确定性分析，主要从事数字化反应堆芯精细化物理计算方法研究及数字堆芯开发、高保真中子输运计算的多级加速理论及应用、芯外探测与精细化计算相结合的堆芯功率实时监测、全堆芯物理、热工、安全分析的计算不确定性分析与自主化程序开发工作。部分成果受到国内外同行的高度认可，其中独立开发的通用计算不确定性分析软件CUSA是国际原子能机构HTGR UAM CRP的专用分析软件。近3年，承担国家重点研发计划项目、国际自然科学基金、核能开发项目、中核集团英才计划项目、中核集团领创基金项目及重大民品横向课题等10余项。发表SCI论文等50余篇、申请专利及软件著作权10余项、出版规划教材1部。李富，清华大学教授、博士生导师，先进高温气冷堆国家重大专项副总工程师，第四代核能系统国际论坛(GIF)高温气冷堆系统指导委员会主席，曾获教育新世纪优秀人才支持计划、科技部颁发的国家八六三计划十五周年”先进个人”称号、中组部“万人计划”杰出人才等，主持多个国家科技重大专项、国家重点研发计划、国际科技合作与交流等项目，是反应堆物理、中子输运、高温气冷堆设计方面的知名专家。第1章不确定性分析的需求

1．1建模与仿真

1．1．1建模与仿真技术概述

1．1．2建模与仿真的主要任务

1．2不确定性与误差

1．2．1基础数据的不确定性与误差

1．2．2置信度与置信区间

1．3建模与仿真过程的不确定性与误差

1．3．1偶然不确定性、认知不确定性及误差

1．3．2不确定性与误差的识别与传播

1．4核反应堆中子输运问题的应用实例

1．4．1物理系统的概念建模

1．4．2概念模型的数学建模

1．4．3数学模型的离散化及算法选择

1．4．4编程仿真及数值结果评估与分析

1．5不确定性分析的必要性

1．5．1建模与仿真过程中不确定性分析的必要性

1．5．2核反应堆计算不确定性分析的必要性

1．6最佳估计加不确定性分析

参考文献

第2章核反应堆计算不确定性分析研究概述

2．1核反应堆计算不确定性发展历程

2．2国际代表性研究计划

2．2．1OECD最佳估算方法、不确定性及敏感性评估项目

2．2．2OECD轻水反应堆计算不确定性分析研究项目

2．2．3IAEA高温气冷堆建模不确定性分析国际协调研究计划

2．2．4OECD钠冷快堆建模不确定性研究项目

2．2．5OECD先进核反应堆系统不确定性及目标精度评估项目

2．3核反应堆物理计算不确定性分析及应用

2．3．1核反应堆物理计算不确定性分析研究现状

2．3．2核反应堆物理计算不确定性分析的应用

参考文献

第3章基于微扰理论的不确定性分析方法

3．1计算不确定性分析方法概述

3．1．1输入参数不确定性传播方法

3．1．2输出参数不确定性外推方法

3．2基于微扰理论的不确定性分析方法

3．2．1共轭算符及共轭方程

3．2．2线性微扰理论及敏感性系数

3．2．3基于微扰理论求解临界特征值的敏感性系数

3．2．4广义微扰理论求解堆芯关键参数的敏感性系数

3．2．5时间相关的微扰理论求解堆芯关键参数的敏感性系数

3．2．6不确定性分析理论

参考文献

第4章基于抽样统计理论的不确定性分析方法

4．1基于抽样统计理论的不确定性分析的主要步骤

4．2基本数学理论及概念

4．2．1概率密度与分布函数

4．2．2随机变量的数字特征

4．2．3样本的统计量

4．3基本抽样方法

4．3．1简单随机抽样

4．3．2分层重要抽样

4．3．3拉丁超立方体抽样

4．4抽样理论模型

4．4．1多元正态分布抽样理论模型

4．4．2多元均匀分布抽样理论模型

4．5高效抽样方法

4．5．1耦合Cholesky分解变换的高效抽样方法

4．5．2耦合奇异值分解变换的高效抽样方法

4．5．3耦合主成分分析的高维抽样方法

4．6基于数理统计的不确定性分析理论

4．6．1KS检验

4．6．2总体参数的区间估计

4．6．3样本统计量的不确定性

4．6．4Bootstrap方法量化样本统计量的不确定度

4．7基于数理统计的敏感性分析理论

4．7．1相关分析

4．7．2回归分析

4．8CUSA程序介绍

4．8．1概述

4．8．2CUSA程序简介

参考文献

第5章核截面协方差矩阵

5．1核数据协方差矩阵

5．1．1微观实验测量核数据

5．1．2实验数据的协方差矩阵

5．1．3评价核数据库

5．1．4核数据协方差评价

5．1．5多群协方差矩阵

5．2典型的多群核截面协方差数据库

5．2．1SCALE程序协方差数据库简介

5．2．2SCALE 44群核截面协方差数据库

5．2．3SCALE 56群核截面协方差数据库

5．2．4SCALE 44群和56群协方差库的区别

5．2．5其他多群核截面协方差库简介

5．3多群核截面协方差矩阵的制作

5．3．1NJOY程序制作多群核截面协方差数据库

5．3．2基于转群方法制作多群核截面协方差库

5．3．3其他核截面协方差矩阵制作程序简介

参考文献

第6章截面不确定性传播与量化——共振计算

6．1多群截面扰动过程中的截面自洽守恒

6．2有效共振截面计算不确定性分析方法

6．2．1基于抽样统计理论的有效共振截面不确定性量化方法

6．2．2基于直接扰动的有效共振截面敏感性分析方法

6．2．3基于广义微扰理论的有效共振截面不确定性量化方法

6．3针对不同共振计算方法的实施与应用

6．3．1针对子群共振计算方法的实施与应用

6．3．2针对Nordheim共振计算方法的实施

6．3．3针对Bondarenko共振计算方法的实施

参考文献

第7章截面不确定性传播与量化——输运计算

7．1基于微扰理论的截面不确定性传播与量化

7．1．1截面不确定性传播方法

7．1．2稳态共轭中子输运方程及求解

7．1．3有效增殖因子敏感性系数计算

7．1．4均匀化少群参数的敏感性系数计算

7．2基于抽样统计理论的截面不确定性传播与量化

7．2．1不确定性分析流程

7．2．2基于直接扰动方法的敏感性分析

7．3核数据对堆芯关键参数计算不确定性的贡献与分析

7．3．1核数据对不同堆芯有效增殖因子计算不确定性的贡献

7．3．2主要核反应截面不确定性贡献与对比

7．3．3核数据对堆芯其他关键参数计算不确定性的贡献

参考文献

第8章截面不确定性传播与量化——燃耗计算

8．1基于微扰理论的燃耗计算不确定性分析

8．1．1燃耗敏感性系数的定义

8．1．2基于广义微扰理论求解临界问题的燃耗敏感性系数

8．1．3燃耗敏感性系数的求解

8．1．4基于广义微扰理论求解次临界问题的燃耗敏感性系数

8．2基于抽样统计理论的燃耗计算不确定性分析

8．2．1燃耗计算不确定性分析流程

8．2．2基于直接扰动方法的燃耗敏感性分析

8．3燃耗计算不确定性分析方法的应用

8．3．1燃耗过程中核数据对有效增殖因子计算不确定性的

贡献

8．3．2核子密度计算不确定性分析

参考文献

第9章控制棒价值计算不确定性分析

9．1控制棒价值计算方法

9．1．1传统两次临界计算方法

9．1．2基于高阶微扰理论的控制棒价值计算方法

9．2控制棒价值计算不确定性传播框架

9．3控制棒价值计算不确定性分析方法

9．3．1直接方差传播

9．3．2高阶微扰理论耦合高效抽样

9．3．3传统两次临界计算耦合高效抽样

9．4控制棒价值计算不确定性分析方法在轻水反应堆的应用

参考文献

第10章核数据调整及目标精度评估

10．1核数据调整方法

10．1．1广义线性最小二乘方法

10．1．2贝叶斯更新方法

10．1．3马尔可夫链蒙卡模拟法

10．2目标精度评估

10．2．1建立目标精度评估问题

10．2．2目标精度评估方法

参考文献
内容简介:
《核反应堆物理计算不确定性分析》从不确定性分析的需求出发,系统地分析、梳理和总结了核反应堆物理计算不确定性分析的研究概貌,并阐述了不确定性分析的基本原理和先进方法,进而基于不确定性传播的思路,全面介绍了核反应堆物理计算不同环节中开展计算不确定性分析的具体方法、数值实现策略及实际工程应用案例和分析。《核反应堆物理计算不确定性分析》主要面向核反应堆研究领域的工程技术、科学研究、教学及管理人员,力求基于本书的方法及数值方案,帮助读者快速、系统地开展核反应堆数值计算不确定性分析。同时,对于从事数值计算并对计算不确定性分析感兴趣的读者也具有一定的参考价值。
作者简介:
郝琛，毕业于清华大学，哈尔滨工程大学教授、博士生导师，国际原子能机构HTGR UAM 国际协调研究计划首席科学研究员、中国科协第二批“青年人才托举工程”入选人才、中国科协JMRH联合体首届青托联合会主席团成员、黑龙江省首批“头雁团队”成员、中核集团“青年英才”，科技部重点研发计划项目负责人、国家自然科学基金(青年、面上)项目负责人、中核集团领创基金项目负责人。科研聚焦于核反应堆物理高保真度数值计算及计算不确定性分析，主要从事数字化反应堆芯精细化物理计算方法研究及数字堆芯开发、高保真中子输运计算的多级加速理论及应用、芯外探测与精细化计算相结合的堆芯功率实时监测、全堆芯物理、热工、安全分析的计算不确定性分析与自主化程序开发工作。部分成果受到国内外同行的高度认可，其中独立开发的通用计算不确定性分析软件CUSA是国际原子能机构HTGR UAM CRP的专用分析软件。近3年，承担国家重点研发计划项目、国际自然科学基金、核能开发项目、中核集团英才计划项目、中核集团领创基金项目及重大民品横向课题等10余项。发表SCI论文等50余篇、申请专利及软件著作权10余项、出版规划教材1部。李富，清华大学教授、博士生导师，先进高温气冷堆国家重大专项副总工程师，第四代核能系统国际论坛(GIF)高温气冷堆系统指导委员会主席，曾获教育新世纪优秀人才支持计划、科技部颁发的国家八六三计划十五周年”先进个人”称号、中组部“万人计划”杰出人才等，主持多个国家科技重大专项、国家重点研发计划、国际科技合作与交流等项目，是反应堆物理、中子输运、高温气冷堆设计方面的知名专家。
目录:
第1章不确定性分析的需求

1．1建模与仿真

1．1．1建模与仿真技术概述

1．1．2建模与仿真的主要任务

1．2不确定性与误差

1．2．1基础数据的不确定性与误差

1．2．2置信度与置信区间

1．3建模与仿真过程的不确定性与误差

1．3．1偶然不确定性、认知不确定性及误差

1．3．2不确定性与误差的识别与传播

1．4核反应堆中子输运问题的应用实例

1．4．1物理系统的概念建模

1．4．2概念模型的数学建模

1．4．3数学模型的离散化及算法选择

1．4．4编程仿真及数值结果评估与分析

1．5不确定性分析的必要性

1．5．1建模与仿真过程中不确定性分析的必要性

1．5．2核反应堆计算不确定性分析的必要性

1．6最佳估计加不确定性分析

参考文献

第2章核反应堆计算不确定性分析研究概述

2．1核反应堆计算不确定性发展历程

2．2国际代表性研究计划

2．2．1OECD最佳估算方法、不确定性及敏感性评估项目

2．2．2OECD轻水反应堆计算不确定性分析研究项目

2．2．3IAEA高温气冷堆建模不确定性分析国际协调研究计划

2．2．4OECD钠冷快堆建模不确定性研究项目

2．2．5OECD先进核反应堆系统不确定性及目标精度评估项目

2．3核反应堆物理计算不确定性分析及应用

2．3．1核反应堆物理计算不确定性分析研究现状

2．3．2核反应堆物理计算不确定性分析的应用

参考文献

第3章基于微扰理论的不确定性分析方法

3．1计算不确定性分析方法概述

3．1．1输入参数不确定性传播方法

3．1．2输出参数不确定性外推方法

3．2基于微扰理论的不确定性分析方法

3．2．1共轭算符及共轭方程

3．2．2线性微扰理论及敏感性系数

3．2．3基于微扰理论求解临界特征值的敏感性系数

3．2．4广义微扰理论求解堆芯关键参数的敏感性系数

3．2．5时间相关的微扰理论求解堆芯关键参数的敏感性系数

3．2．6不确定性分析理论

参考文献

第4章基于抽样统计理论的不确定性分析方法

4．1基于抽样统计理论的不确定性分析的主要步骤

4．2基本数学理论及概念

4．2．1概率密度与分布函数

4．2．2随机变量的数字特征

4．2．3样本的统计量

4．3基本抽样方法

4．3．1简单随机抽样

4．3．2分层重要抽样

4．3．3拉丁超立方体抽样

4．4抽样理论模型

4．4．1多元正态分布抽样理论模型

4．4．2多元均匀分布抽样理论模型

4．5高效抽样方法

4．5．1耦合Cholesky分解变换的高效抽样方法

4．5．2耦合奇异值分解变换的高效抽样方法

4．5．3耦合主成分分析的高维抽样方法

4．6基于数理统计的不确定性分析理论

4．6．1KS检验

4．6．2总体参数的区间估计

4．6．3样本统计量的不确定性

4．6．4Bootstrap方法量化样本统计量的不确定度

4．7基于数理统计的敏感性分析理论

4．7．1相关分析

4．7．2回归分析

4．8CUSA程序介绍

4．8．1概述

4．8．2CUSA程序简介

参考文献

第5章核截面协方差矩阵

5．1核数据协方差矩阵

5．1．1微观实验测量核数据

5．1．2实验数据的协方差矩阵

5．1．3评价核数据库

5．1．4核数据协方差评价

5．1．5多群协方差矩阵

5．2典型的多群核截面协方差数据库

5．2．1SCALE程序协方差数据库简介

5．2．2SCALE 44群核截面协方差数据库

5．2．3SCALE 56群核截面协方差数据库

5．2．4SCALE 44群和56群协方差库的区别

5．2．5其他多群核截面协方差库简介

5．3多群核截面协方差矩阵的制作

5．3．1NJOY程序制作多群核截面协方差数据库

5．3．2基于转群方法制作多群核截面协方差库

5．3．3其他核截面协方差矩阵制作程序简介

参考文献

第6章截面不确定性传播与量化——共振计算

6．1多群截面扰动过程中的截面自洽守恒

6．2有效共振截面计算不确定性分析方法

6．2．1基于抽样统计理论的有效共振截面不确定性量化方法

6．2．2基于直接扰动的有效共振截面敏感性分析方法

6．2．3基于广义微扰理论的有效共振截面不确定性量化方法

6．3针对不同共振计算方法的实施与应用

6．3．1针对子群共振计算方法的实施与应用

6．3．2针对Nordheim共振计算方法的实施

6．3．3针对Bondarenko共振计算方法的实施

参考文献

第7章截面不确定性传播与量化——输运计算

7．1基于微扰理论的截面不确定性传播与量化

7．1．1截面不确定性传播方法

7．1．2稳态共轭中子输运方程及求解

7．1．3有效增殖因子敏感性系数计算

7．1．4均匀化少群参数的敏感性系数计算

7．2基于抽样统计理论的截面不确定性传播与量化

7．2．1不确定性分析流程

7．2．2基于直接扰动方法的敏感性分析

7．3核数据对堆芯关键参数计算不确定性的贡献与分析

7．3．1核数据对不同堆芯有效增殖因子计算不确定性的贡献

7．3．2主要核反应截面不确定性贡献与对比

7．3．3核数据对堆芯其他关键参数计算不确定性的贡献

参考文献

第8章截面不确定性传播与量化——燃耗计算

8．1基于微扰理论的燃耗计算不确定性分析

8．1．1燃耗敏感性系数的定义

8．1．2基于广义微扰理论求解临界问题的燃耗敏感性系数

8．1．3燃耗敏感性系数的求解

8．1．4基于广义微扰理论求解次临界问题的燃耗敏感性系数

8．2基于抽样统计理论的燃耗计算不确定性分析

8．2．1燃耗计算不确定性分析流程

8．2．2基于直接扰动方法的燃耗敏感性分析

8．3燃耗计算不确定性分析方法的应用

8．3．1燃耗过程中核数据对有效增殖因子计算不确定性的

贡献

8．3．2核子密度计算不确定性分析

参考文献

第9章控制棒价值计算不确定性分析

9．1控制棒价值计算方法

9．1．1传统两次临界计算方法

9．1．2基于高阶微扰理论的控制棒价值计算方法

9．2控制棒价值计算不确定性传播框架

9．3控制棒价值计算不确定性分析方法

9．3．1直接方差传播

9．3．2高阶微扰理论耦合高效抽样

9．3．3传统两次临界计算耦合高效抽样

9．4控制棒价值计算不确定性分析方法在轻水反应堆的应用

参考文献

第10章核数据调整及目标精度评估

10．1核数据调整方法

10．1．1广义线性最小二乘方法

10．1．2贝叶斯更新方法

10．1．3马尔可夫链蒙卡模拟法

10．2目标精度评估

10．2．1建立目标精度评估问题

10．2．2目标精度评估方法

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