In-core fuel loading pattern optimization for a spectral shift pressurized water reactor

Abstract

SPEKTRAL KAYMALI BASINÇLI SU REAKTÖRLERİNDE KALP ÇEVRİMİ OPTİMİZASYONÜ Zeynep Yüksel Hacettepe Üniversitesi, Nükleer Enerji Mühendisliği Bölümü ÖZ Yakıt çevrimi optimizasyonu nükleer reaktör işletiminde en önemli konulardan birisidir. Nükleer reaktörlerden elde edilen enerjinin üretim maliyetini düşürmek amacıyla bu konu üzerindeki çalışmalar devam etmektedir. Üretim maliyetini düşürme yollarından bir tanesi de yanma oranım artırmaktır. Bu tezde, doğrusal ve doğrusal olmayan reaktivite modelleri kullanılarak standart basınçlı su reaktörleri ve spektral kaymalı basınçlı su reaktörlerinin kalp içi yakıt yönetimle rinin optimizasyonu üzerine çalışıldı. İlk olarak, deterministik optimizasyon tekniği, doğrusal ve doğrusal olmayan reaktivite modelleri için geliştirilen parametrik modellerle birlikte kul lanıldı. Daha sonra, parametrik modellemedeki belirsizlikleri ortadan kaldırmak ve çalışma aralığını genişletebilmek amacıyla optimizasyon problemi genetik algoritma kullanılarak çözüldü. Ayrıca, standart genetik algoritmayı hızlandırmak amacıyla çok aşamalı genetik algoritma geliştirildi. Standart basınçlı su reaktörleri için elde edilen optimizasyon sonuçlarına göre, mak simum yanma oranım veren uygun yakıt-yavaşlatıcı oram sistemden kaçan nötronların reaktivitesine bağlıdır. Ayrıca, spektral kaymalı reaktörler için yakıt-yavaşlatıcı oram, yanma oranının bir fonksiyonu olarak belirlenmiştir. Sonuçlar, spektral kaymalı basınçlı su reaktörleri için yapılan yakıt-yavaşlatıcı oram optimizasyonunun, yanma oranım, standart basınçlı su reaktörleri ile karşılaştınldığında %25 oranında arttırdığını göstermiştir. Anahtar Sözcükler: Yakıt çevrimi optimizasyonu, Spektral kaymalı reaktör, Doğrusal reaktivite modeli Danışman: Doç. Dr. Mehmet Tombakoğlu, Hacettepe Üniversitesi, Nükleer Enerji Mühendisliği Bölümü, Nükleer Enerji Mühendisliği Anabilim Dalı n

IN-CORE FUEL LOADING PATTERN OPTIMIZATION FOR A SPECTRAL SHIFT PRESSURIZED WATER REACTOR Zeynep Yüksel Hacettepe University, Department of Nuclear Engineering ABSTRACT Fuel cycle optimization is one of the key subjects of reactor operation. Research on fuel cycle optimization continues in order to reduce the cost of energy production from nuclear power plants. One way of reducing this cost is to increase the discharge burnup. In this thesis, in core fuel management optimization problem of typical PWR's and spectral shift PWR's are studied utilizing linear and nonlinear reactivity models. First, de terministic optimization technique is used with the parametric models developed for linear and nonlinear reactivity models. To increase the search space, and to remove uncertainties in the parametric modeling, genetic algorithm is used as an optimization tool. Furthermore, to accelerate the genetic optimization algorithm, a multilevel genetic algorithm is developed. The optimization results of PWR's indicate that, the optimum fuel to moderator ratio depends on the core leakage reactivity. For spectral shift reactor, fuel-to-moderator ratio as a function of burnup is determined. The results show that adjusting the fuel to moderator ratio, it is possible to increase discharge burnup up to 25 percent compared to commercial PWR designs. Keywords: Fuel cycle optimization, Spectral shift reactor, Linear reactivity model Advisor: Assoc. Prof. Mehmet Tombakoğlu, Hacettepe University, Department of Nuclear Engineering, Nuclear Engineering Section