Study of the methods for modelling incomplete assemblies in pools for criticality calculations : master’s thesis

Sánchez Agostini, Paula (avtor), Hyvärinen, Juhani (mentor), Goričanec, Tanja (komentor)

The presents work focuses on the methods to evaluate the criticality of incomplete assemblies; where the absence of an unknown number of fuel rods (the so-called “Missing Fuel Rods”) can lead to an increase in reactivity in the spent fuel storage pool. Different methods to model the effect of the Missing Fuel Rods spatial distribution on criticality have been proposed in the last years. The aim of this work is to study and implement the so-called “contact surface method”, and to compare it with the method of generational Genetics Algorithms. The contact surface, a geometric parameter of the Missing Fuel Rods pattern, should be able to parametrize the reactivity of the assembly. The method has been applied to several study cases of a PWR assembly. Three environments have been studied: the isolated assembly, the assembly surrounded by two sides of water and two sides of concrete, and the array of assemblies. To evaluate the method, the Metropolis-Hastings algorithm has been put in place to create the configurations of interest. For the criticality calculations, the Monte Carlo code SERPENT2 has been used. Results proved that the contact surface parameter gathers together configurations with similar keff, with more or less precision for the different study cases. Some of the patterns generated by means of Metropolis-Hastings algorithm have been found to be more reactive than patterns obtained by other methods, such as the generational Genetics Algorithms. This gives further evidence of the pertinence of the method.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: nuclear engineering, nuclear reactors, criticality safety, missing fuel rods, Metropolis-Hastings algorithm
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Kraj izida: Lappeenranta
• Založnik: P. Sánchez Agostini
• Leto izida: 2025
• Št. strani: 1 spletni vir (1 datoteka PDF ([80] str.))
• PID: 20.500.12556/RUL-182721
• UDK: 621.039.58
• COBISS.SI-ID: 278924803
• Datum objave v RUL: 21.05.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Primerjalna analiza metod za oceno kritičnosti nepopolnih gorivnih elementov v bazenih

Izvleček

Predstavljeno delo se osredotoča na metode za ocenjevanje kritičnosti nepopolnih gorivnih elementov, pri katerih lahko odsotnost neznanega števila gorivnih palic - tako imenovanih „manjkajočih gorivnih palic“ - povzroči povečanje reaktivnosti v bazenu za shranjevanje izrabljenega goriva. V zadnjih letih so bile predlagane različne metode za modeliranje vpliva prostorske porazdelitve manjkajočih gorivnih palic na kritičnost. Cilj tega dela je preučiti in izvesti tako imenovano „metodo kontaktne površine“ ter jo primerjati z metodo generacijskih genetskih algoritmov. S kontaktno površino - geometrijskim parametrom vzorca manjkajočih gorivnih palic - naj bi bilo mogoče parametrizirati reaktivnost elementa. Metoda je bila uporabljena na različnih primerih gorivnih elementov tlačnovodnega jedrskega reaktorja. Preučena so bila tri okolja: izoliran gorivni element, gorivni element odban z dveh strani z vodo in z dveh strani z betonom ter vrsta gorivnih elementov. Za oceno metode je bil uporabljen algoritem Metropolis-Hastings za ustvarjanje konfiguracij, ki nas zanimajo. Za izračune kritičnosti je bil uporabljen Monte-Carlo program SERPENT2. Rezultati so pokazali, da parameter kontaktne površine združuje konfiguracije s podobnim pomnoževalnim faktorjem, z večjo ali manjšo natančnostjo za različne primere. Ugotovljeno je bilo, da imajo nekateri vzorci, ustvarjeni z algoritmom Metropolis-Hastings, višji pomnoževalni faktor od vzorcev, pridobljenih z drugimi metodami, kot so algoritmi generacijske genetike. To dodatno potrdi ustreznost predlagane metode.

• Ključne besede: jedrska tehnika, jedrski reaktorji, gorivni elementi, manjkajoče gorivne palice, Metropolis-Hastingsov algoritem, ocenjevanje kritičnosti