Razvoj metod za izračun nevtronskega polja v zadrževalnem hramu tlačnovodne jedrske elektrarne
Oznaka in naziv projekta
L2-8163 - Razvoj metod za izračun nevtronskega polja v zadrževalnem hramu tlačnovodne jedrske elektrarne
L2-8163 - Development of Computational Tools for the Determination of the Neutron Field in the Containment of a Pressurized Water Reactor
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Financiranje
ARRS 75 %, NEK 25 %
Projektna skupina
Vodja projekta: prof. dr. Andrej Trkov (08557)
Člani projektne skupine:
Ivan Aleksander Kodeli (03943)
Marjan Kromar (04538)
Slavko Slavič (07991)
Bojan Žefran (15742)
Igor Lengar (19167)
Luka Snoj (27819)
Gašper Žerovnik (29546)
Vladimir Radulović (32163)
Aljaž Čufar (36329)
Vid Merljak (36338)
Žiga Štancar (37483)
Bor Kos (38202)
Klemen Ambrožič (38278)
Tanja Goričanec (39521)
Vsebinski opis projekta
Predlagani raziskovalni projekt temelji na raziskavah in razvoju metod in modelov, primernih za natančno določitev nevtronskega polja znotraj reaktorske zgradbe tlačnovodnega reaktorja za poljubno stanje reaktorja. Predlagana je izdelava kvalitetne računske platforme z zelo podrobnim geometrijskim modelom (t.j. vsaj 5000 vhodnih instrukcijskih vrstic), ki bo omogočala izračune v sprejemljivem času s statistično napako v totalnem nevtronskem fluksu manj kot 1% in to zlasti v pomembnih geometrijskih regijah. Na podlagi predhodnih izkušenj za izračun nevtronskega transporta v tako zapletenih problemih z močnim ščitenjem in kompleksno geometrijo, bo najverjetneje izbran transportni program MCNP, ki temelji na stohastični metodi Monte Carlo (MC) in uporablja energijsko zvezno knjižnico nevtronskih presekov. Uspešnost rešitve problema je v odvisna od uspešne uporabe metod za redukcijo variance. Programska oprema ADVANTG se bo uporabila za sklopitev MC izračuna s transportnim determinističnim programom, kar bo ustvarilo t.i. hibridni sistem. ADVANTG avtomatizira določitev parametrov prostorsko in energijsko odvisnih utežnih oken in utežene porazdelitve izvora, ki se jih nato uporabi za pospešitev MC izračunov. Raziskana bo ustreznost hibridne metode in bo po potrebi dopolnjena z bolj osnovnimi metodami kot so utežitev izvora in rezanje po energiji in uteži. Izračuni bodo razviti in nato preizkušeni na primeru NEK, za kar je potrebno izpolniti naslednje naloge:
- raziskati in razviti ustrezen postopek za preoblikovanje CAD datotek, tako da jih bo možno uporabiti kot MC vhodne datoteke in * izdelati kolikor je le možno natančen geometrijski model zadrževalnega hrama NEK,
- raziskati in razviti metode redukcije variance za pospešitev MC izračunov porazdelitev nevtronov, ki bodo imeli minimalno statistično negotovost,
- razviti analitična orodja, ki bodo omogočala simulacijo poljubnega obratovalnega stanja NEK,
- verificirati in validirati izračune na podlagi primerjave z meritvami in določiti glavne negotovosti.
Po uspešni implementaciji računske platforme se bo možno posvetiti drugim problemom, ki zahtevajo natančno določitev nevtronskega fluksa. Na primer, dobro poznavanje funkcije odziva izvensrediščne instrumentacije ob tranzientih je potrebno pri določitvi funkcije za prostorsko korekcijo. Le to potrebujemo za določitev prostorskih korekcijskih faktorjev pri metodi vstavitve, s katero določamo vrednosti kontrolnih palic med zagonskimi testi po vsakem remontu. Izboljšave pri oceni korekcijskih faktorjev bodo imele za posledico večjo natančnost določanja reaktivnosti. Omeniti je potrebno, da je bila metoda vstavitve razvita v našem odseku in je bila v času objave svetovna novost. Nadaljnje izboljšave bi lahko privedle do ponovnega preboja v postopku meritev.
Natančna določitev nevtronskih doznih hitrosti znotraj zadrževalnega hrama je pomembna za planiranje in minimaliziranje doz, ki jih prejmejo delavci. S tem neposredno povečujemo njihovo varnost. Opremo, ki se nahaja v reaktorski zgradbi in je občutljiva na nevtronske poškodbe, lahko premestimo na manj obremenjene lokacije ali jih opremimo s ščiti.
Slabšanje lastnosti materialov zaradi staranja in sevalnih podškodb so omejitveni dejavniki za življenjsko dobo jedrskih elektrarn. Zaradi nedavne pobude za podaljšanje življenjske dobe lahkovodnih reaktorjev na 60 do 80 let, je bilo iniciranih več novih raziskovalnih programov na področju staranja in degradacije jedrskih elektrarn. Posebej so pomembni staranje električnih kablov, krhkost tlačne posode in staranje betona. Z bolj natančnimi modeli bi lahko prepoznali vroče točke, v katerih bi bila upravičena dodatna nevtronska zaščita. Poleg tega boljša karakterizacija nevtronskega polja prispeva k boljšemu poznavanju procesov staranja in pomaga pri bolj natančni oceni učinkov staranja. Natančna določitev aktiviranega materiala je pomembna za oceno stroškov razgradnje in postavitev izvora v procesu določitve fotonskih (gama) polj.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta
1. faza
- Razvoj osnovnega geometrijskega MC modela
- Razvoj CAD – MC vmesnika
- Razvoj CORD-2 – MC vmesnika
- Analiza primernih tehnik redukcije variance
2. faza
- Finalizacija geometrijskega MC modela
- Avtomatizacija prenosa iz CORD-2 sistema v MC
- Verifikacija in validacija razvite računske platforme
- Evaluacija eksperimentalnih in računskih napak
3. faza
- Končne posodobitve računske platforme
- Določitev odziva izvensrediščne instrumentacije in priprava potrebnih korekcijskih faktorjev in funkcij, potrebnih pri izvedbi metode vstavitve
- Izračun izbranih radioloških primerov
- Priprava končnega poročila
Bibliografske reference
[1] T. Goričanec, B. Kos, Ž. Štancar, M. Kromar, L. Snoj, 3D CAD and MCNP model of the reactor core, reactor vessel and reactor vessel internal structures of the Krško nuclear power plant, (IJS delovno poročilo, 12490). Ljubljana: Inštitut Jožef Stefan, 2018. 158 str. [COBISS.SI-ID 31259431]
[2] D. Kotnik, A. Čufar, B. Kos, L. Snoj, Validation and evaluation of the ADVANTG hybrid code on the ICSBEP labyrinth benchmark experiment. Annals of Nuclear Energy, ISSN 0306-4549. [Print ed.], 2018, april, vol. 114, str. 464-481, doi: /10.1016/j.anucene.2017.12.011. [COBISS.SI-ID 31058215]
[3] D. Kotnik, B. Kos, L. Snoj, Validation of the ADVANTG code on the ICSBEP Skyshine Benchmark, Proceedings, 26th International Conference Nuclear Energy for New Europe - NENE 2017, Bled, Slovenia, September 11-14. 2017, 8 str. [COBISS.SI-ID 31117351]
[4] G. Žerovnik, J. Beričič, L. Snoj, On the equivalence of neutron source and flux spectra. Annals of Nuclear Energy, ISSN 0306-4549. [Print ed.], 2017, vol. 99, str. 54-57, doi: 10.1016/j.anucene.2016.09.026. [COBISS.SI-ID 29895207]
[5] V. Merljak, M. Kromar, A. Trkov, Rod insertion method analysis - a methodology update and comparison to boron dilution method. Annals of Nuclear Energy, ISSN 0306-4549. [Print ed.], 2018, vol. 113, str. 96-104, doi: 10.1016/j.anucene.2017.11.020. [COBISS.SI-ID 30971175]
[6] L. Gačnik, K. Ambrožič, S. Rupnik, V. Radulović, R. Jaćimović, Effect of control rod insertion on the TRIGA neutron spectrum and the determination of elemental concentrations with k0-INAA. Journal of radioanalytical and nuclear chemistry, ISSN 0236-5731, [in press] 2018, 11 str., doi: 10.1007/s10967-018-5701-z. [COBISS.SI-ID 31191079]