Assembly homogenization of light water reactors by a Monte Carlo reactor physics method and verification by a deterministic method

Abstract

Reaktör demet homojenizasyonu reaktör kalbi fiziksel analizlerinin önemli bir bölümüdür. Yakıt elemanlarının yüklenmesi, günümüz nükleer santrallerinde reaktörün çalışmasının başlangıcı öncesi için önemli bir adımdır. Fiziksel reaktör kalbi bilgisayar ortamında modellenir. Fisil maddelerin dağılımlarının kararı reaktör fiziği kodu hesaplamalarından sonra verilir. Hesaplamaları haftalar ve aylar süren bir çok farklı reaktör fiziği kodları vardır ve kullanılır. Bu çalışmanın amacı, son bir kaç yıldır kullanılan ve geçen her sene boyunca yaygınlaşan, öncekilere göre daha hızlı hesaplamalar yapabilen, Serpent adındaki Monte-Carlo reaktör fiziği kodunun homojenizasyon kabiliyetini test etmek ve doğrulamaktır.Bu çalışmada değişik şekilde düzenlenmiş reaktör kalbi konfigürasyonlarının demet homojenizasyonu iki-boyutlu geometride Serpent kodu tarafından yapılmış ve sonuçlar deterministik reaktör simulasyon kodu olan PARCS ile kontrol edilmiştir. Sonuçlar Serpent kodunun hafif su reaktör tipi demetler için grup kesit alanı üretiminin uygun olduğunu gösterdi. Ama yakıt-reflektör arayüzü için demet devamsızlık faktörleri üretimi doğru değildi. Bu yüzden bu tezin amacı, referans arayüz akı verilerine sahip olmadan, kapalı bir yöntemle yakıt-reflektör arayüzü için doğru devamsızlık faktörleri üretimidir. Üretilen doğru devamsızlık faktörleri ile sonuçlar, Serpent kodu tarafından gerçekleştirilen demet homojenizasyonunun çok küçük hata yüzdesi ile yanlışsız olduğu görülmüştür. Hata yüzdeleri keff için 0.5%'in altında ve akı oranları (demet içindeki ortalama hızlı grup akısının ortalama termal grup akısına oranı) için 1.0%'in altında olduğu görülmüştür.

Assembly homogenization is an important part of reactor core physics analysis. The loading of fuel assemblies in a commercial nuclear power plant is an important step before the startup of the reactor. The physical reactor core is modeled in computer environment. Distribution of fissile materials is decided after reactor physics code calculations. Many different reactor physics codes are used with calculations taking weeks or months. The purpose in this study is to test and verify the assembly homogenization capability of a Monte-Carlo reactor physics code called Serpent, which is used for the last years and is being used widely each year, and is faster than the previous ones.In this study, Serpent did assembly homogenization of several different core configurations in two-dimensional geometry, and the results were tested in deterministic reactor simulation code called PARCS. Results showed that Serpent is capable to generate few-group constants for LWR-type assemblies. However, the assembly discontinuity factors generation by Serpent for fuel-reflector interface was not correct, so the objective of this thesis was to generate appropriate fuel-reflector discontinuity factors by off-line calculation, without access to the reference interface current. With the appropriately generated discontinuity factors, the results showed that assembly homogenization by Serpent is accurate to less than 0.5% keff error and less than 1.0% assembly flux ratio (the ratio of the averaged fast group of flux to the averaged thermal group of flux in the assembly).