一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法

1.本发明涉及反应堆数据处理领域，尤其涉及一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法。


背景技术：

2.目前在核反应堆物理计算不确定性分析中，核数据是重要的不确定性来源。通过测量手段和计算方法得出的评价核截面数据库，因为测量、统计等方面带来的误差，自身带有一定的不确定度，其自身的不确定度通常用协方差矩阵来表示。基于协方差矩阵，可以使用抽样方法生成扰动截面库，再通过计算程序读取扰动截面库量化出核数据对重要输出参数的不确定性。即生成扰动截面库是为了对核数据进行不确定性分析。得到扰动截面库后，堆芯物理计算软件读取扰动截面库可以计算得出一系列堆芯重要物理输出参数，通过统计这些重要输出参数结果来分析量化出核数据对这些重要参数的不确定度。但现有的扰动截面库的生成方法多过于复杂，效率较低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
4.根据本技术的一个方面，提供一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法，包括：
5.对原始核截面数据库进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合以及所述核截面数据集合对应的协方差矩阵；所述核截面数据集合包括m个能群的核截面数据，每个能群的核截面数据均具有对应的能群能量值，所述协方差矩阵具有对应的n个能群能量区间，m＞n；
6.对所述协方差矩阵进行奇异值分解，得到所述协方差矩阵对应的相关性数据；
7.根据所述协方差矩阵和所述相关性数据确定扰动因子集合，所述扰动因子集合包括k个扰动因子矩阵；每一所述扰动因子矩阵中均包含n个扰动因子，且n个扰动因子与n个能群能量区间一一对应；
8.根据所述协方差矩阵对应n个能群能量区间和每个能群的核截面数据对应的能群能量值，对m个能群的核截面数据进行归并，得到n个子核截面数据集合，每一子核截面数据集合中包含至少一个能群的核截面数据，每一子核截面数据集合对应一个能群能量区间；
9.依次根据每一扰动因子矩阵对核截面数据集合进行截面扰动，得到k个扰动后核截面数据集合；
10.依次根据每一扰动后核截面数据集合对原始核截面数据库中的数据进行替换，得到k个扰动后核截面数据库。
11.在本发明的一种示例性实施例中，所述进行截面扰动包括以下步骤：
12.根据扰动因子矩阵中每一扰动因子对应的能群能量区间，确定每一扰动因子对应的子核截面数据集合；
13.依次根据每一扰动因子对其对应的子核截面数据集合中的每一能群的核截面数据进行第一扰动处理，并根据扰动处理后得到的m个能群的扰动后截面数据生成1个扰动后核截面数据集合。
14.在本技术的一种示例性实施例中，所述第一扰动处理的处理公式为
15.x1＝x*(1 q)；
16.其中，x1为扰动后核截面数据，x为原始核截面数据，q为扰动因子。
17.在本技术的一种示例性实施例中，在依次根据每一扰动因子对其对应的子核截面数据集合中的每一能群的核截面数据进行扰动处理之后，所述方法还包括：
18.确定每一能群的扰动后截面数据对应的总截面、总散射截面和总吸收截面；
19.根据总截面、总散射截面和总吸收截面确定对应能群的扰动后截面数据是否符合截面自洽规则；
20.若不符合，则丢弃对应的扰动后截面数据。
21.在本技术的一种示例性实施例中，所述原始核截面数据库和所述扰动后核截面数据库均为ace格式。
22.在本技术的一种示例性实施例中，所述对原始核截面数据库进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合，包括：
23.获取原始核截面数据库的库文件头；
24.根据所述库文件头确定所述目标核素的目标反应对应的定位数据；
25.根据所述定位数据对所述原始核截面数据库的库文件数据进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合。
26.根据本技术的一个方面，提供一种核反应堆数据的扰动截面库生成系统，包括：
27.读取模块，用于对原始核截面数据库进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合以及所述核截面数据集合对应的协方差矩阵；所述核截面数据集合包括m个能群的核截面数据，每个能群的核截面数据均具有对应的能群能量值，所述协方差矩阵具有对应的n个能群能量区间，m＞n；
28.第一处理模块，用于对所述协方差矩阵进行奇异值分解，得到所述协方差矩阵对应的相关性数据；
29.第二处理模块，用于根据所述协方差矩阵和所述相关性数据确定扰动因子集合，所述扰动因子集合包括k个扰动因子矩阵；每一所述扰动因子矩阵中均包含n个扰动因子，且n个扰动因子与n个能群能量区间一一对应；
30.第三处理模块，用于根据所述协方差矩阵对应n个能群能量区间和每个能群的核截面数据对应的能群能量值，对m个能群的核截面数据进行归并，得到n个子核截面数据集合，每一子核截面数据集合中包含至少一个能群的核截面数据，每一子核截面数据集合对应一个能群能量区间；
31.第四处理模块，用于依次根据每一扰动因子矩阵对核截面数据集合进行截面扰动，得到k个扰动后核截面数据集合；
32.第五处理模块，用于依次根据每一扰动后核截面数据集合对原始核截面数据库中的数据进行替换，得到k个扰动后核截面数据库。
33.根据本技术的一个方面，提供一种电子设备，包括处理器和存储器；
34.所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行上述任一项所述方法的步骤。
35.根据本技术的一个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行上述所述方法的步骤。
36.本技术提供的一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法，通过原始核截面数据库获取核截面数据集合及其对应的协方差矩阵，并根据协方差矩阵及其对应的相关性数据，能够快速确定出符合要求k个扰动因子矩阵。通过对m 个能群的核截面数据进行归并，使得快速确定出每一扰动因子对应的若干能群的核截面数据，最终对每一能群的核截面数据进行扰动，得到k个扰动后核截面数据库。本发明的方法，直接采用较为简单的步骤对原始核截面数据库进行处理，即可快速的获取多个扰动后核截面数据库，且不需要借助其他外部软件，能够使工作人员快速操作。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
38.图1为本实施例提供的一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法的流程图；
39.图2为本实施例提供的ace格式截面库格式示意图；
40.图3为本实施例提供的ace格式截面库库头示意图；
41.图4为本实施例提供的ace格式截面库分区示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
43.需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
44.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
45.请参考图1，根据本技术的一个方面，提供一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法，包括以下步骤：
46.步骤s100，对原始核截面数据库进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合以及所述核截面数据集合对应的协方差矩阵；所述核截面数据集合包括m个能群的核截面数据，每个能群的核截面数据均具有对应的能群能量值，所述协方差矩阵具有对应的n个能群能量区间，m＞n。例如目标核素的目标反应对应的核截面数据集合可以为氢
元素的核裂变反应对应的核截面数据。所述目标核素和目标反应可以为多个，例如，获取氢元素对应的5个反应的核截面数据以及氦元素对应的6个反应的核截面数据。
47.步骤s200，对所述协方差矩阵进行奇异值分解，得到所述协方差矩阵对应的相关性数据；相关性数据包括能群内相关性数据和能群件相关性数据。
48.步骤s300，根据所述协方差矩阵和所述相关性数据确定扰动因子集合，所述扰动因子集合包括k个扰动因子矩阵；每一所述扰动因子矩阵中均包含n 个扰动因子，且n个扰动因子与n个能群能量区间一一对应；
49.步骤s400，根据所述协方差矩阵对应n个能群能量区间和每个能群的核截面数据对应的能群能量值，对m个能群的核截面数据进行归并，得到n个子核截面数据集合，每一子核截面数据集合中包含至少一个能群的核截面数据，每一子核截面数据集合对应一个能群能量区间；
50.步骤s500，依次根据每一扰动因子矩阵对核截面数据集合进行截面扰动，得到k个扰动后核截面数据集合；
51.步骤s600，依次根据每一扰动后核截面数据集合对原始核截面数据库中的数据进行替换，得到k个扰动后核截面数据库。
52.其中，如果多个核反应道或者多个核素进行同时扰动，则需要基于每一核素的每一个反应道的协方差矩阵构建一个大型协方差矩阵，以同时考虑不同反应道之间的相关性系数矩阵。
53.本实施例提供的一种核反应堆数据的扰动截面库生成方法，通过原始核截面数据库获取核截面数据集合及其对应的协方差矩阵，并根据协方差矩阵及其对应的相关性数据，能够快速确定出符合要求k个扰动因子矩阵。通过对m个能群的核截面数据进行归并，使得快速确定出每一扰动因子对应的若干能群的核截面数据，最终对每一能群的核截面数据进行扰动，得到k个扰动后核截面数据库。本实施例公开的方法，直接采用较为简单的步骤对原始核截面数据库进行处理，即可快速的获取多个扰动后核截面数据库，且不需要借助其他外部软件，能够使工作人员快速操作。同时，在进行扰动因子矩阵生成时，考虑到了能群内相关性数据和能群件相关性数据，可快速获得相互独立且保持随机性的多个扰动后核截面数据库。
54.在本技术的一种示例性实施例中，所述进行截面扰动包括以下步骤：
55.根据扰动因子矩阵中每一扰动因子对应的能群能量区间，确定每一扰动因子对应的子核截面数据集合；
56.依次根据每一扰动因子对其对应的子核截面数据集合中的每一能群的核截面数据进行第一扰动处理，并根据扰动处理后得到的m个能群的扰动后截面数据生成1个扰动后核截面数据集合。
57.其中，通过能群能量区间对m个能群的截面数据进行归并，可以使得多个能群的核截面数据共用一个扰动因子，能够减少需要的扰动因子的数量，使得提高扰动因子集合的效率提高。
58.在本技术的一种示例性实施例中，所述第一扰动处理的处理公式为
59.x1＝x*(1 q)；
60.其中，x1为扰动后核截面数据，x为原始核截面数据，q为扰动因子。
61.通过上述处理公式实现扰动因子与对应能群下的原始截面数据相乘可以得到截面扰动量，原始截面数据与扰动量再相加便可以得到新的扰动截面。
62.在本技术的一种示例性实施例中，在依次根据每一扰动因子对其对应的子核截面数据集合中的每一能群的核截面数据进行扰动处理之后，所述方法还包括：
63.确定每一能群的扰动后截面数据对应的总截面、总散射截面和总吸收截面；
64.根据总截面、总散射截面和总吸收截面确定对应能群的扰动后截面数据是否符合截面自洽规则；
65.若不符合，则丢弃对应的扰动后截面数据。
66.根据核数据的特点，数据库的截面数据扰动后还需要保证满足求和原则，即必须要截面自洽，本方案在生成k个能群的核截面数据后，会根据每个能群的核截面数据对应的总截面、总散射截面和总吸收截面确定该能群的扰动后截面数据是否符合截面自洽规则。
67.相应的截面自洽计算公式(用于判断是否符合截面自洽规则)如下所示，例如反应道mt102代表的(n,γ)反应截面扰动后，对应的总截面和总吸收截面也要进行相应的扰动计算。
68.σ
t,g
＝σ
a,g
σ
s,g
[0069][0070][0071]
其中，在某个反应道截面扰动后，截面扰动量也需要在相应的总截面进行相加，保证截面的自洽性。
[0072]
σ
t，g
为第g能群下的总截面；
[0073]
σ
a，g
为第g能群下的总吸收截面；
[0074]
σ
s，g
为第g能群下的总散射截面；
[0075]
σ
n，f
为第g能群下的裂变反应截面；
[0076]
σ
n，γ
为第g能群下的辐射俘获反应截面；
[0077]
σ
n，α
为第g能群下的(n，α)反应截面；
[0078]
σ
n，2α
为第g能群下的(n，2α)反应截面；
[0079]
σ
n，p
为第g能群下的(n，p)反应截面；
[0080]
σ
n，2n
为第g能群下的(n，2n)共振散射截面；
[0081]
σ
n，3n
为第g能群下的(n，3n)共振散射截面；
[0082]
为第g到g
′
能群下的散射截面；
[0083]
为第g到g
′
能群下的弹性散射截面；
[0084]
为第g到g
′
能群下的非弹性散射截面；
[0085]
在本技术的一种示例性实施例中，所述原始核截面数据库和所述扰动后核截面数据库均为ace格式。
[0086]
所述对原始核截面数据库进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合，包括：
[0087]
获取原始核截面数据库的库文件头；
[0088]
根据所述库文件头确定所述目标核素的目标反应对应的定位数据；
[0089]
根据所述定位数据对所述原始核截面数据库的库文件数据进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合。
[0090]
请参考图3、图4，本实施例中，根据图4所示将ace格式截面库划分为 5个区，根据五个区的数据划分规则，可以快速对ace格式截面库进行读取和数据替换。根据ace格式截面库的数据划分规则，首先在截面库库头找到要扰动的截面数据在数据库中的位置，如图4的ace格式截面库库头示意图，其中按颜色分为了四部分，红色部分(1-2行)为核素说明，显示的核素id，温度等信息；蓝色部分(3-6行)为16对原子重量率数据，绿色部分(7-8 行)显示了改数据库共有多少个数据，以及后续库文件主体各部分数据量，紫色部分(9-12行)则为数据主题中各个部分的定位数据。
[0091]
在ace数据库的格式说明中，可以查阅到具体核截面所在的位置，通过程序先读取该定位数据信息，如读取到的截面数据定位信息为2951，则程序则读到第2951个数据，则2952个数据是所需扰动的第一个数据。如此方式进行各数据库各部分的高效读取。
[0092]
根据本技术的一个方面，提供一种核反应堆数据的扰动截面库生成系统，包括：
[0093]
读取模块，用于对原始核截面数据库进行读取，得到目标核素的目标反应对应的核截面数据集合以及所述核截面数据集合对应的协方差矩阵；所述核截面数据集合包括m个能群的核截面数据，每个能群的核截面数据均具有对应的能群能量值，所述协方差矩阵具有对应的n个能群能量区间，m＞n；
[0094]
第一处理模块，用于对所述协方差矩阵进行奇异值分解，得到所述协方差矩阵对应的相关性数据；
[0095]
第二处理模块，用于根据所述协方差矩阵和所述相关性数据确定扰动因子集合，所述扰动因子集合包括k个扰动因子矩阵；每一所述扰动因子矩阵中均包含n个扰动因子，且n个扰动因子与n个能群能量区间一一对应；
[0096]
第三处理模块，用于根据所述协方差矩阵对应n个能群能量区间和每个能群的核截面数据对应的能群能量值，对m个能群的核截面数据进行归并，得到n个子核截面数据集合，每一子核截面数据集合中包含至少一个能群的核截面数据，每一子核截面数据集合对应一个能群能量区间；
[0097]
第四处理模块，用于依次根据每一扰动因子矩阵对核截面数据集合进行截面扰动，得到k个扰动后核截面数据集合；
[0098]
第五处理模块，用于依次根据每一扰动后核截面数据集合对原始核截面数据库中的数据进行替换，得到k个扰动后核截面数据库。
[0099]
根据本技术的一个方面，提供一种电子设备，包括处理器和存储器；
[0100]
所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行上述任一项所述方法的步骤。
[0101]
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
[0102]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开
实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
[0103]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
[0104]
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
[0105]
根据本发明的这种实施方式的电子设备。电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0106]
电子设备以通用计算设备的形式表现。电子设备的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器、上述至少一个储存器、连接不同系统组件(包括储存器和处理器)的总线。
[0107]
其中，所述储存器存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理器执行，使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
[0108]
储存器可以包括易失性储存器形式的可读介质，例如随机存取储存器 (ram)和/或高速缓存储存器，还可以进一步包括只读储存器(rom)。
[0109]
储存器还可以包括具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，这样的程序模块包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
[0110]
总线可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括储存器总线或者储存器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
[0111]
电子设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备 (例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o) 接口进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器通过总线与电子设备的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、rai d系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0112]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
[0113]
在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能
够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
[0114]
所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器 (cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0115]
计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0116]
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0117]
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、 c 等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0118]
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
[0119]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
[0120]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。