Στατική και δυναμική νετρονική ανάλυση πυρηνικών αντιδραστήρων με θερμοϋδραυλική ανάδραση

Μερικές από τις σημαντικότερες προκλήσεις στον τομέα της ανάλυσης αντιδραστήρων Monte-Carlo (MC) είναι η ενσωμάτωση της θερμοϋδραυλικής ανάδρασης, η επέκταση της μεθόδου στη μελέτη των χρονοεξαρτώμενων φαινομένων και η επιτάχυνση της σύγκλισης του αλγορίθμου MC για την ανάλυση της κρισιμότητας του αντιδραστήρα. Αυτή η διατριβή προσπαθεί να ανταποκριθεί σε αυτές τις τρεις προκλήσεις προτείνοντας αλγορίθμους που μπορούν να αντιμετωπίσουν τα σχετικά προβλήματα.

Ως πρώτο βήμα, αυτή η εργασία διερευνά την εισαγωγή της Θερμο-Υδραυλικής (Θ-Υ) ανατροφοδότησης στο στατικό Monte-Carlo. Αρχικά, αναπτύχθηκε ένα «σειριακό» σχήμα ζεύξης, που αντιστοιχεί στη διαδοχική εκτέλεση των πεπλεγμένων λύσεων, για να παρέχει αποτελέσματα αναφοράς. Στη συνέχεια, αυτή η εργασία προτείνει τη χρήση ενός προσεγγιστικού αλγορίθμου ζεύξης Newton. Το κίνητρο για αυτήν την προσέγγιση είναι το ενδιαφέρον για έναν αλγόριθμο που μπορεί να διατηρήσει τη διακριτή αντιμετώπιση των εμπλεκόμενων φυσικών διεργασιών μέσα σε ένα στενό πλαίσιο σύζευξης. Αυτή η εργασία διερευνά τη συμπεριφορά της προτεινόμενης μεθόδου όταν ο ανοιχτός νετρονικός στοχαστικός κώδικας OpenMC είναι συνδεδεμένος με τον Θ-Υ κώδικα COBRA-EN. Η απόδοση και η ακρίβεια του προτεινόμενου σχήματος ζεύξης αξιολογούνται και συγκρίνονται με αυτά του παραδοσιακού σειριακού επαναληπτικού σχήματος. Τα αποτελέσματα δείχνουν μια σημαντική αριθμητική βελτίωση που οδηγεί σε πιο ακριβή αποτελέσματα.

Κατά δεύτερον, αυτή η διατριβή διερευνά την ανάπτυξη ενός δυναμικού υποπρογράμματος Monte-Carlo στο OpenMC για την ανάλυση χρονοεξαρτώμενων φαινομένων. Μια απλή φυσική αντιμετώπιση ενός χρονοεξαρτώμενου προβλήματος απαιτεί την αξιολόγηση της χρονικής εξέλιξης των προσομοιούμενων νετρονίων, η οποία δεν υπάρχει στο στατικό Monte-Carlo. Ωστόσο, αυτό δεν είναι αρκετό. Για την σωστή ανάλυση χρονοεξαρτώμενων φαινομένων, απαιτείται προσομοίωση καθυστερημένων νετρονίων και άλλες απαραίτητες επεκτάσεις και τροποποιήσεις. Η επιλεγμένη μέθοδος έχει προταθεί πρόσφατα στη βιβλιογραφία και εισάγεται εδώ στο OpenMC ακολουθώντας τις δυνατότητες του κώδικα. Ως εκ τούτου, μια επιπλέον πρόκληση που αντιμετωπίζει αυτή η εργασία είναι η επιθυμία για βέλτιστη ενσωμάτωση στο OpenMC, ελαχιστοποιώντας τις απαραίτητες τροποποιήσεις και μεγιστοποιώντας το πλεονέκτημα που προκύπτει από τις υπάρχουσες δυνατότητές του. Επιπλέον, διερευνάται η προσθήκη δυναμικής Θ-Υ ανατροφοδότησης. Παρουσιάζονται και συζητούνται τα βασικά σημεία του ανεπτυγμένου προσομοιωτή, καθώς και τα αποτελέσματα της ανάλυσης διαφόρων αριθμητικών πειραμάτων. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την επιτυχή ανάπτυξη του δυναμικού υποπρογράμματος Monte-Carlo, επισημαίνοντας την ικανότητά του να αναλύει αποτελεσματικά διάφορα μεταβατικά φαινόμενα στον πυρήνα αντιδραστήρα.

Τέλος, παρουσιάζεται μια νέα μέθοδος επιτάχυνσης της σύγκλισης του κλασικού Source Iteration του Μόντε Κάρλο (SI). Ενώ το κλασσικό SI εγγυάται τη σύγκλιση στη θεμελιώδη ιδιοτιμή, πολύ συχνά η σύγκλιση είναι αργή. Σε αυτή τη διατριβή, μια εναλλακτική έκδοση του παραδοσιακού αλγορίθμου Monte-Carlo SI διατυπώνεται, αναπτύσσεται και αναλύεται για να επιταχύνει αριθμητικά την ανάλυση κρισιμότητας Monte-Carlo. Πιο συγκεκριμένα, η μέθοδος Newton Krylov χωρίς υπολογισμό του Ιακωβιανού (Jacobian) υιοθετείται στο πλαίσιο Monte-Carlo k-eigenvalue για να επιταχυνθεί η σύγκλιση. Η μέθοδος αξιολογείται σε τρεις περιπτώσεις δοκιμών που δείχνουν καλύτερη απόδοση από την παραδοσιακή τεχνική επιτάχυνσης Coarse-Mesh Finite-Difference.

ΙΠΡΕΤΕΑ - Επίσημος Δικυτακός Τόπος
Skip to content