SCALE5.1程序简介初稿作者：周波中科院上海应用物理研究所2017年前言编写内容主要是方便新手对程序的了解和认识，部分内容也是根据自己的理解进行编写，由于时间原因以及认识或多或少可能存在的不足，有些地方肯定写的不周全甚至会有一些个人理解上的错误，对于引用文献的内容已标注相应的参考文献，读者可以参阅原文进行理解，希望大家多批评指正。

目录SCALE5.1程序简介V0.1 (1)前言 (2)1简介 (4)2主要功能模块、控制模块 (4)3多群截面的处理 (7)3.1共振能群截面处理 (7)3.1.1共振截面处理的由来： (7)3.1.2共振处理方法 (8)3.1.3等价理论 (9)3.1.4子群方法 (10)3.1.5超细能群与连续能量 (10)3.1.6共振处理在不同堆型中的影响 (11)3.2S CALE中共振截面处理模块及多群截面库生成过程 (13)3.3S CALE程序共振处理方法的发展史 (14)3.4双重不均匀处理现状 (15)6 SCALE功能改进及现状 (16)6.1SCALE6.0的新模块及功能 (16)6.1.1连续点截面模式 (16)6.1.2三维屏蔽计算模块MAVRIC的添加 (16)6.1.3新的三维JAVA用户界面 (18)6.1.4 Triton/NEWT模块的改进 (19)6.1.5 可视化界面（GeeWiz）的拓展 (20)6.1.6 TSUNAMI-3D的改进 (20)6.1.7 HTML格式输出拓展 (20)6.1.8 临界事故报警系统（CAAS）分析 (21)6.1.9其他方面的改进 (21)6.2 SCALE6.1程序功能及改进 (21)6.2.1临界安全 (21)6.2.2屏蔽分析 (22)6.2.3燃耗、衰变计算 (22)6.2.4反应堆物理 (23)6.2.5灵敏度及不确定分析 (23)6.2.6核数据 (23)6.2.7图形化界面 (24)6.2.8 Scale6.1目前的不足之处 (24)1简介SCALE ( Standardized Computer Analyses for Licensing Evaluation)是由橡树岭实验室Oak Ridge National Laboratory (ORNL)开发的一个模块化的程序系统，具有自动处理数据，自动进行模块之间耦合的优点。

可以直接对具体模型及问题进行截面处理、临界安全分析、屏蔽计算、燃耗计算/衰变等。

程序最初开发于1976年，发布于1980年，目前最新版本为SCALE6.1（2008年12月发布）。

SCALE6.2及SCALE7已经在开发中。

2主要功能模块、控制模块目前TMSR项目中使用的版本是SACLE5.1（2006年11月发布）。

SCALE 5.1包含多个控制模块和功能模块，在SCALE程序系统中, 控制模块按照既定顺序调用功能模块完成某项特定计算任务。

图1图2分别为SCALE5.1 软件包中的主要功能模块和主要控制模块。

其中在功能模块中，BONAMI、CENTRM、PMC 及NITAWL 为共振处理模块，可生成与具体问题相关的共振能群参数，KENO 为三维多群蒙特卡罗临界安全分析程序，NEWT 为二维SN 输运计算程序，ORIGEN‐S （三群）为燃耗计算程序，COUPLE是输运与燃耗之间的耦合程序，MONACO 为固定源问题多群蒙特卡罗屏蔽程序，XSDOSE 为计量计算程序，QAD‐CGGP 用于计算伽玛泄漏的三维点程序。

在控制模块中，CSAS5 和CSAS6 为临界计算模块。

其中，CSAS5 在三维输运计算中调用KENO V.a 程序，而CSAS6 则调用KENO-VI 程序。

STARBUCS为燃耗信任制分析模块，TSUNAMI 为核数据灵敏性分析模块。

TRITON 为堆芯物理分析模块，可以进行输运和燃耗的耦合计算。

MAVRIC是辐射输运计算控制模块。

QADS为调用QAD-CGGP开展伽玛输运模块的三维点堆计算模块。

SAS1用于开展数据处理、辐射屏蔽分析和剂量估算。

图 1.SCALE 软件中的主要功能模块图 2SCALE 软件中的主要控制模块表 1SCALE5.1 控制模块分析能力摘要模块 功能 用到的功能模块BONAMICENTRMPMCNITAWLNEWTKENO ORIGEN-S COUPLE SAS1 SAS2 SAS3 SAS4 QADS MAVRIC CSAS5 CSAS6STARBUCS149SMORESTSUNAM TRITONCOUPLE SAS1 SAS2SAS3 SAS4 QADS MAVRICCSAS 一维确定论方法有效增值系数计算三维蒙卡方法有效增值系数计算具体问题的截面处理、临界搜索BONAMI NITAWL XSDRNPM KENO V.aICECSAS6 三维蒙卡方法有效增值系数计算BONAMINITAWLXSDRNPMKENO-VI SMORES 一维材料分布最优化计算BONAMINITAWLCENTRM/PMCICEXSDRNPMSWIF TSUNAMI-1D 一维灵敏度/不确定性分析程序BONAMISTNITAWLSTXSDRNPMSAMS TSUNAMI-3D 三维灵敏度/不确定性分析程序BONAMISTNITAWLSTXSDRNPMKENO V.aSAMSSTARBUCS 燃耗信任制分析（耦合ORIGEN-ARP及KENO V.a 或 KENO-VI）BONAMINITAWL CENTRM/PMCXSDRNPMCOUPLE ORIGEN-SARP KENO V.a or KENO-VIORIGEN-ARP 点燃耗衰变计算ARPORIGEN-SOPUS SAS1 一维辐射屏蔽剂量分析BONAMINITAWLXSDRNPMXSDOSESAS2 核燃料点燃耗计算圆柱几何一维辐射屏蔽计算BONAMI NITAWL XSDRNPM COUPLEORIGEN-SXSDOSE SAS3、SAS4 剂量估算程序BONAMINITAWLXSDRNPMMORSE-SGC QADS 三维伽马屏蔽分析QAD-CGGPTRITON 二维燃耗计算（耦合离散纵标法输运程序）BONAMINITAWL CENTRM/PMC NEWTCOUPLE ORIGEN-SOPUS表1列出了SCALE5.1 中控制模块的主要功能及其使用到的功能模块，关于功能模块的具体功能及方法可参考说明书3多群截面的处理3.1共振能群截面处理很多人都理解什么是共振自屏效应，这里简单介绍一下共振截面处理问题的由来、处理方法以及共振截面对中子输运的影响。

3.1.1共振截面处理的由来：核数据是一切反应堆物理设计计算的基础，核数据的质量直接影响后续的分析结果的准确性。

最原始的核数据主要来自实验测量，经过分析、评价后，形成工程计算所用的评价核数据库。

例如：ENDF/B（美国），JEF（欧洲），JENDL（日本），CENDL（中国）。

这些数据库中包含了几乎所有计算时使用到的核数据，但是堆物理计算者所用的核数据并非是基础评价核数据，而是通过专门的截面处理程序制作成的多群截面库，即对能量进行离散化处理，也就是所谓的分群近似处理。

在分群近似的情况下，必须依照反应率守恒原则得到每一个能群等效平均截面。

但是在求解中子分群截面时，需要事先知道中子通量，但是中子通量又是我们计算中所要求的量，因此，理论上不能直接通过通量加权得到所要的分群截面。

根据中子截面本身的特征，除共振能群之外的能量段，如热能区及快中子区，中子截面的变化都是比较光滑的，因此，即使采用与问题无关的典型中子能谱作为权重函数进行有效截面的计算也不会有较大的误差。

言外之意，使用和问题无关的权重谱进行多群截面的计算，从而得到通用的多群常数。

但是，对于共振核素的共振区截面来讲，和下图U235截面（ENDF ）类似，截面再共振区的变化非常强烈，通用权重谱对于共振区也不再通用，而是依赖具体问题的条件，如燃料的排布方式、燃料与慢化剂比例、燃料及慢化剂尺寸。

因此，对于共振区所有核截面必须根据具体问题进行在线计算得到等效的多群截面。

这就是共振计算的由来，也是经常提到的共振自屏问题的计算。

10-310-210-1100101102103104105106107110100100010000s i g (b a r n s )B1U235微观裂变截面3.1.2共振处理方法在堆内中子学设计中,由于堆芯内存在大量的像铀-238这样的共振吸收剂，共振区有效截面的确定是中子输运计算之前必不可少、十分关键的缓解。

共振截面的处理得当与否，直接影响计算的准确度。

在堆芯中子输运过程中，除非采用像MCNP 一样连续的点截面，否则对共振区截面的描述无法很精确，因此，对共振区截面的处理不可避免的要进行近似处理。

实际共振计算的目的或任务也就成为如何以较小的代价，针对具体问题获得尽可能准确的近似空间能谱分布及共振能区有效截面。

长期以来，人们普遍采用基于等价理论[1](Equivalence Theory)的方法来进行共振计算。

近年来，有关先进共振计算方法的研究是国际上反应堆物理方法研究的一个热点，其中以子群(Sub-group)或多邦（Multi-band ）方法以及超细能群(Ultra-Fine Group) 与连续能量(ContinuousEnergy)方法最受人关注。

3.1.3等价理论所谓等价理论是指在一定的假设条件下，定义的有效共振积分，建立起一个燃料/慢化剂非均匀布置系统和一个均匀系统间数值上的等效关系如下式。

Σa（E）为共振吸收剂的微观截面，由基础评价核数据库提供，φ(E)为共振区的近似中子能谱。

我们知道，对于无吸收体的纯慢化介质，如纯H慢化介质，中能区的中子慢化能谱为严格的1/E谱[谢仲生，吴宏春，张少泓。

核反应堆物理分析（修订本），西安交通大学出版社，西安，2004。

]，但是由于共振核素的纯在，中能区中子能谱则呈现出明显的凹陷，即所谓的能量自屏现象，因此，中子通量偏离了1/E规律。

从基础的反应堆物理理论可知，对一个吸收剂和慢化剂均匀混合的无限介质，系统慢化能谱偏离1/E的程度由系统内单位共振吸收剂核子密度下的宏观势散射截面决定，即由所谓的背景截面决定。

非均匀系统和均匀系统间存在的等价关系为人们处理实际问题提供了极大的便利。

这样，人们就避免了如何对变化繁多的复杂非均匀系统事先制作共振积分表的困难，而只需对共振吸收剂与慢化剂均匀混合的系统，事先计算产生不同背景截面、不同燃料温度下的有效共振积分，即可以预制共振积分表。

在实际计算非均匀问题时，只需计算与该系统等价的背景截面，就可以通过背景截面插值，从预制的共振积分表中获得燃料/慢化剂非均匀布置情况下，共振核的有效共振积分，进而依据平均截面的定义，产生共振能群的平均微观截面。