核科学技术学院
 
 
 
 
 
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实验教学资源

  多年来,中心通过引进、自主开发、与企业共同开发等方式,逐渐积累一批较先进的虚拟仿真实验教学软件资源,如下表所示。

主要的虚拟仿真实验教学软件资源

序号

资源名称

资源用途

应用实验课程

备注

1

PCTRAN

核电厂事故工况仿真程序

核电厂运行仿真实验、反应堆安全分析实仿真验、先进核能技术仿真实验

美国 MST 公司

2

SIMULINK-ADS

加速器驱动次临界反应堆系统( ADS )的瞬态仿真程序

核电厂运行仿真实验、先进核核能技术仿真实验

自主研发

3

PWR 系统仿真软件

压水堆核电厂运行仿真程序

核电厂运行仿真实验

自主研发

4

MCNP

通用蒙特卡罗粒子输运模拟计算程序

反应堆物理仿真实验、医用核技术仿真实验

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室( LANL )

5

NJOY

核数据加工程序

反应堆物理仿真实验

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室( LANL )

6

ORIGEN

点燃耗及放射性衰变计算程序

反应堆物理仿真实验、反应堆安全分析实仿真验、先进核能技术仿真实验

美国橡树岭国家实验室( ORNL )

7

SCALE

大型综合性核计算系统

反应堆物理仿真实验、反应堆安全分析实仿真验、进核能技术仿真实验

美国橡树岭国家实验室( ORNL )

8

DRAGON

中子输运计算程序

反应堆物理仿真实验

加拿大蒙特利尔技术大学

9

FLAC3D

大型三维快速拉格朗日分析软件

核资源工程仿真实验

美国 Itasca 公司

10

DMINE

可视化与数字化仿真的软件

核资源工程仿真实验

长沙迪迈数码科技股份有限公司

11

Geant4

粒子输运仿真程序包

核物理基础仿真实验

开源, Geant4 合作组

12

SRIM

带电粒子输运程序

核物理基础仿真实验

James Ziegler共享软件

13

ROOT

数据分析工具包

核物理基础仿真实验、医用核技术仿真实验

开源, ROOT 团队

14

Pinnacle

三维适形及调强放射治疗计划系统

医用核技术仿真实验

美国 Philips 公司

15

EGSnrc

电子光子蒙特卡罗输运程序

医用核技术仿真实验

加拿大国家研究院( NRC )

16

BEAMnrc

医用直线加速器仿真程序

医用核技术仿真实验

加拿大国家研究院( NRC )

17

LabVIEW

数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的图形化工作平台

核仪器虚拟仿真实验

美国核仪器( NI )公司

18

PPLU1.1

等离子物理数值模拟程序

等离子体物理仿真实验

开源程序

19

基础物理仿真实验系统

基于服务器 / 浏览器模式的基础物理仿真实验程序包

基础物理仿真实验

自主研发

20

FFDC

流动燃料反应堆物理分析程序

反应堆物理仿真实验

自主研发

21

HARMONY

次临界反应堆 Alpha 本征值与本征函数求解程序

反应堆物理仿真实验

自主研发

22

虚拟核电厂系统与设备

核电站虚拟漫游、虚拟反应堆组件、虚拟蒸发生器、虚拟反应堆冷却剂泵(主泵)、虚拟换料、虚拟设备定位等

核电厂系统与设备虚拟仿真实验

与中核武汉核电运行技术股份有限公司合作研发

23

300MW 一代核电站模型

秦山 300MW 一代核电站模型

核电厂系统与设备虚拟仿真实验

自主研制

24

2 + 代 1000 MW 核电堆芯模型

2 + 代 1000 MW 核电堆芯模型

核电厂系统与设备虚拟仿真实验

中国核动力研究设计院捐赠

25

压水堆功率调节控制系统演示模型

压水堆功率调节控制系统演示

核电厂运行仿真实验

自主研制

部分虚拟仿真软件资源介绍:

( 1 )核电厂事故仿真教学软件( PCTran )

  PCTran 是美国 MST(Mcro-Simulation Technology) 公司研制的,用于模拟核电站运行和事故的仿真软件包。自从该软件在 1985 年第一次发布以来, MST 公司就不断提升 PCTran 的性能并扩展其模拟能力。目前,众多的版本和反应堆模型在世界各地得到应用,主要是针对轻水堆如 AP1000 、 CPR1000 、 APR1400 等,也有针对模块式高温氦气冷却反应堆( MHR )。

( 2 ) MCNP 程序

  MCNP(Monte Carlo N Particle Transport code) 是由美国洛斯阿拉莫斯( Los Alamos National Laboratory )国家实验室开发的基于蒙特卡罗方法的用于计算三维复杂几何结构的中子、光子、电子或者耦合中子 / 光子 / 电子输运问题的通用软件包,具备计算核临界系统本征值和固定源问题,同时丰富的计数器计数可以获得用户需求的物理量。 MCNP 程序具有超强的几何处理能力,几何系统由空间单元( Cell )组成,而几何空间单元的界面( Surface )由平面、二次曲面、特殊的四次椭圆曲面构成。几何空间单元中的材料采用精确点截面参数,考虑多种中子反应类型。目前, MCNP 广泛应用于核装置物理计算、探测器模拟、医学物理等领域。

( 3 ) NJOY 程序

  NJOY 程序是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室( LANL )研发的大型多功能核数据库加工程序,可用于 ENDF 格式核数据库读取,转换功能,可输出多种中子输运程序所需格式数据库。 NJOY 采用模块化结构,可独立调用。目前, NJOY 程序是世界范围内应用最为广泛的核数据加工程序。

( 4 ) ORIGEN 程序

  ORIGEN 程序由美国橡树岭国家实验( ORNL )开发,是用途广泛的点燃耗及放射性衰变计算程序,可以对压水堆、沸水堆、液态金属快增殖堆、加拿大氚铀堆等各种堆型的核素积累和衰变进行计算。其结果可用作核燃料循环设施的设计基础。如它的热功率输出表可用来确定燃料冷却池、运输容器、后处理厂以及废物库的热负荷;它的光子和中子输出表可做为屏蔽设计的基础参数;它的有关燃料成份的输出结果可用于燃料后处理工厂分离过程的设计。

( 5 ) SCALE 程序

  SCALE ( Standard Computer Analyses for Licensing Evaluation )程序系统由美国橡树岭国家实验室( ORNL )开发,是大型综合性核计算系统。 SCALE 程序系统可进行连续能量中子注量率计算,满足问题相关多群常数库研制需求;连续能量或多群蒙卡计算,具有自动减方差技巧;一维或三维临界问题不确定度分析;二维或三维组件计算,可用于燃耗信任制技术。

( 6 ) DRAGON 程序

  DRAGON 程序系统是由加拿大蒙特利尔技术大学开发的确定论中子输运程序系统,主要由组件程序 DRAGON 和堆芯程序 DONJON 构成。组件程序可采用多种计算方法完( PIJ , IC , MOC )成中子输运计算,并生成参数化宏观截面数据库,最新版本 Version5 包含了六角形组件 MOC 输运模块,理论上可完成任意几何的特征线输运计算。堆芯程序 DONJON 基于扩散理论,除稳态功能外还可以进行堆芯瞬态物理模拟。 DRAGON 程序系统可采用用户定义的宏观截面,也可以读取 WIMS 格式、 Draglib 格式等多种数据库,是目前开源核设计程序中的高水平程序。

( 7 ) Geant4 软件

  Geant4 工具包由欧洲核子中心主导、国际众多著名实验室和机构合作开发的模拟辐射与物质相互作用的国际通用的开源软件包。它具有丰富的粒子与物质相互作用物理过程描述、强大的复杂物质成分和几何结构处理、开放的源码、良好的扩展性、持续更新及免费下载使用等系列特点。它能提供包括电磁、强子和光学过程在内的众多物理过程,以及从 250   eV 甚至更低至 TeV 的能量范围内的一系列的长寿命粒子、材料和元素。 Geant4 工具已经被广泛应用于粒子物理、核物理、加速器和探测器设计、空间科学、医学物理,以及涉及粒子与物质相互作用的其它研究领域。

( 8 ) SRIM 软件

  SRIM 是一个仿真离子在物质中的电离能损、离子射程、辐照损失等的良好工具。它可以根据理论和经验公式计算,也可采用蒙特卡罗方法模拟。通过计算机的模拟,跟踪大量入射粒子的运动过程。在整个跟踪过程中粒子的位置、能量损失及次级粒子的各种参数都被存储下来,最后可以得到所需的各个物理量的期望值以及相应的统计误差。该软件可以选择特定的入射离子及靶材种类,并可设置合适的加速电压。可以计算不同粒子,以不同的能量,从不同的位置,以不同的角度入射到靶中的情况。 SRIM 软件已经被广泛应用于离子束与固体相互作用的仿真计算。

( 9 )三维适形及调强放射治疗计划系统( Pinnacle )

  Pinnacle 三维适形及调强放射治疗计划系统 ( 教学系统 ) 是美国 Philips 公司提供的一套放射治疗计划设计工具软件,包括模拟、光子、电子、立体定向放射外科学及近距离放射治疗计划的各种选项。 Pinnacle RTP 系统是一个计算机软件包,旨在为良性或恶性肿瘤的放射治疗计划提供支持。 Pinnacle RTP 系统可协助医生制定治疗方案,以便尽可能增加治疗区剂量,同时尽可能减少周围正常组织的剂量。该系统具有正向计划和逆向计划两种操作模式。

( 10 ) LabVIEW 软件

  LabVIEW 即 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (实验室虚拟仪器工程工作平台)的首字母缩写组合,是一个基于 G ( Graphic )语言的图形编程开发环境,在工业界和学术界中广泛用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言。 LabVIEW 使用图形化的工作平台作为一种程序设计语言来开发仪器软件,可将设计系统时绘制的框图,转化为可被计算机识别和编译的程序,将问题形象化,利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系统。

  NI ELVIS(Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) 是建立在 LabVIEW 和数据采集技术之上的专为院校开发的模块化工程教学实验室平台。它集成了示波器、数字万用表、函数发生器、各种电源等实验室最常见的仪器功能。可通过 USB 或配套数据采集卡与计算机连接,通过 LabVIEW 软件控制,实现快速易用的测量采集及显示。