论文标题：A Consistent One-Dimensional Multigroup Diffusion Model for Molten Salt Reactor Neutronics Calculations

论文链接：https://doi.org/10.3390/jne4040041

期刊名：Journal of Nuclear Engineering

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/jne

熔盐堆 (Molten Salt Reactor, MSRs) 作为第四代先进核能系统的重要候选，因其固有安全性、高运行温度和在线燃料处理等优势备受关注。然而，熔盐堆中燃料流动与中子学的强耦合效应给传统计算工具带来了挑战。为此，来自美国弗吉尼亚联邦大学的Zeyun Wu (吴泽云) 教授和他的学生Mohamed Elhareef，以及美国加州大学伯克利分校的Massimiliano Fratoni教授的研究团队开发了一种一维多群中子扩散模型，旨在为熔盐堆的长期瞬态分析、灵敏度研究及优化设计提供高效且精准的计算工具。该成果发表在期刊Journal of Nuclear Engineering 上。

研究过程与结果

研究团队基于蒙特卡罗代码Serpent生成的高保真熔盐堆三维模型生成的核截面数据，构建了一维中子扩散模型。该模型通过引入虚构径向泄漏截面，有效解决了一维熔盐堆模型径向泄漏效应的模拟难题。具体步骤如下：

1.模型推导：将三维扩散方程在平面内积分，得到一维形式，并通过格林定理处理径向泄漏项，定义泄漏截面。

2.参数生成：利用Serpent计算均质化截面、扩散系数及泄漏截面，并采用不同能群结构 (2群、8群、16群和23群) 进行验证。

3.验证与应用：模型在熔盐堆实验 (MSRE) 配置中进行了稳态和动态验证，结果显示：

♦稳态计算：一维模型与三维蒙特卡罗结果的误差仅为95至397 ppm (十万分之一)，轴向通量分布高度吻合。

♦动态分析：燃料流动导致的反应性损失估计为-223 pcm (实验值为-212 pcm)，与实验结果及高阶模型 (如PROTEUS-NODAL程序) 一致。

MSRE轴向均质化区域划分示意图

研究总结

本研究成功开发了一种高效且精准的一致性一维中子扩散模型，为熔盐堆的瞬态分析和优化设计提供了可靠工具。其计算效率显著高于传统多维模型 (如三维模型需要超级计算机支持且耗时大，而一维模型单核运行仅需1秒)。未来，该模型将用于：

1.多物理场耦合：进一步整合热工水力学模块，实现全耦合瞬态模拟。

2.灵敏度与不确定性分析：支持熔盐堆设计参数的优化与验证。

3.基准开发：基于MSRE实验数据，推动熔盐堆瞬态基准的标准化。

这项研究不仅为熔盐堆的工程应用提供了实用工具，也为第四代反应堆的创新发展奠定了重要基础。

Journal of Nuclear Engineering 期刊介绍

主编：Dan Gabriel Cacuci，University of South Carolina， USA

期刊创刊于2020年,是一本国际开放获取期刊，发表同行评审的论文。期刊涵盖了与核和辐射过程的科学和应用相关的原创研究、想法和进展。发文类型包括original research papers, reviews, communications, brief reports, opinions, technical notes, editorials等。

截至目前，Journal of Nuclear Engineering 期刊已被Scopus, ESCI (Web of Science), EBSCO等数据库收录。