Static and dynamic stochastic neutronic reactor analysis with thermal-hydraulic feedback

Abstract

Some of the most important challenges that the Monte-Carlo based analysis of the nuclear reactor core physics faces nowadays are the insertion of efficient thermal-hydraulic feedback, the extension to the study of transient phenomena and the convergence acceleration of the algorithm that is utilised to analyse reactor criticality. These requirements are imposed by the fact that nuclear reactor analysis moves continuously towards a multiphysics direction with demands for higher and higher levels of accuracy combined with high computational cost-effectiveness. This thesis tries to meet these three challenges by suggesting algorithms which can cope with the encountered issues. The programming development of these algorithms along with their initial evaluation are presented and analysed. The results are encouraging showing numerical improvement and increase of the accuracy, as well as leading to the expansion of the current stochastic neutronics. Thus the present findings could contribute to the extension of the Monte Carlo approach for a more global and accurate analysis of the reactor core system with a reasonable computational cost.

Μερικά από τα πιο σημαντικά προβλήματα που αντιμετωπίζει η στοχαστική ανάλυση της φυσικής πυρηνικού αντιδραστήρα είναι η εισαγωγή αποδοτικής θερμοϋδραυλικής ανάδρασης, η επέκταση στην ανάλυση μεταβατικών φαινομένων και η επιτάχυνση σύγκλισης του αλγορίθμου που χρησιμοποιείται για την ανάλυση κρισιμότητας αντιδραστήρα. Τα προβλήματα αυτά προκύπτουν από το γεγονός ότι το πεδίο της ανάλυσης αντιδραστήρα απαιτεί τη συνολική αντιμετώπιση των εμπλεκόμενων φυσικών φαινομένων αντί του καθενός ξεχωριστά σε συνδυασμό με την προσπάθεια αύξησης της ακρίβειας των υπολογισμών και την ταυτόχρονη μείωση του υπολογιστικού κόστους. Η διατριβή αυτή προσπαθεί να ικανοποιήσει τα τρία προαναφερθέντα προβλήματα προτείνοντας κατάλληλους αλγορίθμους. Οι αλγόριθμοι αυτοί παρουσιάζονται και αναλύονται. Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά και δείχνουν βελτίωση της αριθμητικής απόδοσης και αύξηση της ακρίβειας . Επίσης οδηγούν στην επέκταση των παρόντων τεχνικών νετρονικής ανάλυσης. Συνεπώς τα ευρήματα της παρούσας διατριβής θα μπορούσαν να συμβάλουν στην επέκταση της στοχαστικής μεθόδου ανάλυσης αντιδραστήρα ώστε να επιτευχθεί πιο ευρεία και ακριβής ανάλυση του συστήματος πυρηνικός αντιδραστήρας με λογικό υπολογιστικό κόστος.