Проверка возможности использования вариационного метода для оценки погрешностей ядерных концентраций в задаче выгорания

28.03.2023 2023 - №01 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

В.В. Колесов A.H. Писарев

https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.13

С 1990-х гг. были разработаны различные системы расчета выгорания топлива, объединяющие программный код для решения уравнения переноса нейтронов и программный код выгорания. Эти численные методы приемлемы для расчета изотопного состава топлива. Тем не менее, для обеспечения достоверности результатов в настоящее время необходимо, чтобы результаты расчетов реакторов с помощью программных кодов сопровождались оценкой всех составляющих погрешностей, так как это напрямую влияет на эффективность, экономичность и безопасность проектируемой реакторной установки. Перенос погрешностей во входных параметрах задачи выгорания топлива (плотность потока нейтронов, скорости реакций и т.д.) на получаемые в процессе расчетов ядерные концентрации исследовался в ряде работ. В предлагаемой работе решалась модельная задача изменения во времени ядерных концентраций двух нуклидов (240Pu и 241Pu) и оценивались их погрешности при задании погрешностей в плотности потока нейтронов и в сечении радиационного захвата 241Pu. Сравнивались результаты, полученные аналитически, и результаты численных расчетов по программе VisualBurnOut. Аналитические результаты для погрешностей концентраций рассчитывались через коэффициенты чувствительности, а в программе VisualBurnOut использовался метод вариации исходных данных, в иностранной литературе именуемый «1% sensitivity method», в основе которого лежит варьирование величин, заданных с погрешностями и расчет соответствующего отклика. Наблюдается практическое совпадение результатов, полученных с помощью обоих методов. Также в работе исследовалась зависимость погрешности ядерных концентраций от числа шагов по выгоранию.

Ссылки

1. Takeda T., Hirokawa N., Noda T. Estimation of Error Propagation in Monte-Carlo Burnup Calculations. // Nuclear Science and Technology. – 1999. – Vol. 36. – No. 9. – PP. 738-745. DOI: https://doi.org/10.1080/18811248.1999.9726262 .
2. Tohjoh M., Endo T., Watanabe M., Yamamoto A. Effect of error propagation of nuclide number densities on Monte Carlo burn-up calculations. // Annals of Nuclear Energy. – 2006. – Vol. 33. – No. 17-18. – PP. 1424-1436. DOI: https://doi.org/10.1016/-j.anucene.2006.09.010 .
3. Garcia-Herranz N., Cabellos O., Sanz J., Juan J., Kuijper J.C. Propagation of statistical and nuclear data uncertainties in Monte Carlo burn-up calculations. // Annals of Nuclear Energy. – 2008. – Vol. 35. – No. 4. – PP. 714-730. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2007.07.022 .
4. Park H.J., Shim H.J., Kim C.H. Uncertainty Propagation in Monte Carlo Depletion Analysis. // Nuclear Science and Engineering. – 2011. – Vol. 167. – No. 3. – PP. 196-208. DOI: https://doi.org/10.13182/NSE09-106 .
5. Rochman D., Koning A.J., da Cruz D.F. Propagation of 235,236,238U and 239Pu Nuclear Data Uncertainties for a Typical PWR Fuel Element. // Nuclear Technology. – 2012. – Vol. 179. – No. 3. – PP. 323-338. DOI: https://doi.org/10.13182/NT11-61 .
6. Newell Q., Sanders C. Stochastic Uncertainty Propagation in Monte Carlo Depletion Calculations. // Nuclear Science and Engineering. – 2015. – Vol. 179. – No. 3. – PP. 253-263. DOI: https://doi.org/10.13182/NSE13-44 .
7. Minamigawa Y., Kitcher E.D., Chirayath S.S. A Method to Estimate Fission Product Concentration Uncertainty in a Multi-Time-Step MCNP6 Code Nuclear Fuel Burnup Calculation. // Nuclear Technology. – 2019. DOI: https://doi.org/10.1080/00295450.2019.1624429 .
8. Писарев А.Н., Колесов В.В. Исследование переноса неопределенностей в ядерных данных на ядерные концентрации нуклидов в расчетах выгорания. // Известия вузов. Ядерная энергетика – 2020. – № 2. – С. 108-121. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.2.10 .
9. Kolesov V.V., Novichkov A.V., Voznyakevich E.E., Terehova A.M. Statistical Approach to Estimated Uncertainty of Nuclear Concentration in Problems of Isotope Kinetics. // Proc. of the XIII-th International Youth Scientific and Practical Conference «FUTURE OF ATOMIC ENERGY AtomFuture 2017». KnE Engineering. – 2017. – PP. 261-267. DOI: https://doi.org/10.18502/keg.v3i3.1625 .
10. Колесов В.В., Хитрик Д.В., Камаев Д.А. Программа VisualBurnOut. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009617021. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 декабря 2009 г.
11. Kitcher E.D., Osborn J.M., Chirayath S.S. Sensitivity studies on a novel nuclear forensics methodology for source reactor-type discrimination of separated weapons grade plutonium. // Nuclear Engineering and Technology. – 2019. – Vol. 51. – Iss. 5. – PP. 1355-1364. ISSN 1738-5733. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2019.02.019 .
12. Osborn J.M., Kitcher E.D., Burns J.D., Folden C.M. III & Chirayath S.S. Nuclear Forensics Methodology for Reactor-Type Attribution of Chemically Separated Plutonium. // Nuclear Technology. – 2018. – Vol. 201:1. – PP. 1-10. DOI: https://doi.org/10.1080/00295450.2017.1401442 .
13. Osborn J.M., Glennon K.J., Kitcher E.D., Burns J.D., Folden C.M., Chirayath S.S. Experimental Validation of a Nuclear Forensics Methodology for Source Reactor-Type Discrimination of Chemically Separated Plutonium. // Nuclear Engineering and Technology. – 2019. – Vol. 51. – Iss. 2. – PP. 384-393. ISSN 1738-5733. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2018.11.003 .
14. Swinney M.W., Folden C.M. III, Ellis R.J. & Chirayath S.S. Experimental and Computational Forensics Characterization of Weapons-Grade Plutonium Produced in a Fast Reactor Neutron Environment. // Nuclear Technology. – 2017. – Vol. 197:1. – PP. 1-11. DOI: https://doi.org/10.13182/NT16-76 .
15. Chirayath S.S., Osborn J.M. & Coles T.M. Trace Fission Product Ratios for Nuclear Forensics Attribution of Weapons-Grade Plutonium from Fast and Thermal Reactors. // Science & Global Security. – 2015. – Vol. 23:1. – PP. 48-67. DOI: https://doi.org/10.1080/08929882.2015.996079 .
16. Sagadevan A., Chirayath S. Information Driven Safeguards Approach for Remote Monitoring System of Dry Cask Storage. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2020. – Vol. 954. – 161737. ISSN 0168-9002. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.12.052 .

выгорание топлива ядерные концентрации погрешности ядерных концентраций вариационный метод

Ссылка для цитирования статьи: Колесов В.В., Писарев А.Н. Проверка возможности использования вариационного метода для оценки погрешностей ядерных концентраций в задаче выгорания. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 1. – С. 153-161. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.13 .