V tem magistrskem delu je bil s kodo OpenMC Monte Carlo razvit podroben model majhnega modularnega superkritično-vodnega reaktorja ECC-SMART. Pripravljeni so bili trije modeli z različno stopnjo natančnosti: 2D neskončna mreža osnovnih celic, 3D model gorivnega svežnja s končnimi strukturami ter model celotne sredice. Jedro sestavlja 20 × 20 kvadratna mreža vodoravno poravnanih gorivnih sklopov, vsak s 40 UO2 gorivnimi palicami (s premerom 8 mm in aktivno dolžino 168 cm), skozi katere hladilna tekočina teče vodoravno skozi sedem stopenj segrevanja – od podhlajenega do superkritičnega stanja.
Predhodno nevtronsko/termično-hidravlično sklopitev brez povezave smo dosegli z integracijo modela OpenMC z obstoječim modelom RELAP/SCDAPSIM, razvitim v okviru ECC-SMART. Porazdelitve temperature in gostote iz modela RELAP/SCDAPSIM so bile preslikane v model OpenMC, dobljena porazdelitev moči pa je bila iterativno posredovana nazaj v termohidravlični model. Konvergenca je bila dosežena v petih iteracijah, pri čemer je bil končni nevtronski pomnoževalni faktor keff = 1,19338 ± 0,00008, kar je pod ciljno vrednostjo 1,22, potrebno za dvoletni cikel. Porazdelitev moči je po pričakovanjih pokazala spodnjo nagnjeno osno obliko zaradi variacij gostote hladilnega sredstva s faktorjem največje moči PPF = 2,006 ± 0,003. V zgornjih in spodnjih stopnjah so bili opaženi visoki konični faktorji moči (SPF > 1,6), ki so jih povzročili učinki pobega nevtronov iz sredice in geometrijske asimetrije, kar kaže na potrebo po izboljšanih strategijah izravnave moči za zmanjšanje najvišjih temperatur in bolj enakomerno zgorevanje.
Temperaturne povratne informacije so bile ocenjene z lokalnimi temperaturnimi motnjami brez ponovnega izvajanja celotnih iteracij. Pri tem so bile uporabljene spremembe temperature goriva (±150 K/±300 K) in hladilne tekočine (±5 K/±10 K), gostote pa posodobljene po standardu IAPWS-IF97. Dobljeni reaktivnostni koeficienti so v skladu s tipičnimi vrednostmi za lahkovodne reaktorje in omogočajo vpogled v varnostne rezerve ter občutljivost reaktivnosti na lokalne temperaturne spremembe.
Nazadnje je bila raziskana sprememba razmerja med moderatorjem in gorivom s spreminjanjem razmika med gorivnimi sklopi od 14 mm do 25 mm. Referenčna konfiguracija (razmik 18 mm) je delovala v režimu pod-moderacije, kar je povzročilo negativno rezervo reaktivnosti med prehodnimi pojavi. Optimalna moderacija se je pojavila pri 20-milimetrski vrzeli.
Z uporabo vmesnika za programiranje aplikacij (API) Python, ki je na voljo v OpenMC, je mogoče vse modele enostavno prilagoditi in samodejno izvajati veliko različnih parametričnih študij.
|