Studium fizyki neutronów reaktora chłodzonego ołowiem w celu weryfikacji
danych jądrowych, oraz metodologii modelowania dla transmutacji jądrowej
Obliczenia ewolucji paliwa mogą być otrzymane dzięki znalezieniu łańcuchów transmutacyjnych reprezentujących bezpośrednio zachodzące fizyczne procesy następujących po sobie reakcji jądrowych. Łańcuchy transmutacyjne zachowują całkowitą ilościową wiedzę na temat ewoluującego paliwa jądrowego, jednakże informacje te zostają utracone po więcej niż jednym kroku obliczeniowym.Zaproponowano rozwiązanie, pozwalające na rozszerzeniu reprezentacji ewoluującego paliwa za pomocą łańcuchów transmutacyjnych poza jeden krok obliczeniowy. Informacje na temat następujących po sobie reakcji jądrowych opisanych przez funkcję ‘transition’ i ‘passage’ są łączone w specjalnej procedurze składania okresów, co pozwala reprezentować łańcuchy transmutacyjne dla większego przedziału czasowego. Nowe narzędzie została zaimplementowana w programie MCB (Monte Carlo Bumup) w symulacjach europejskiego prędkiego reaktora jądrowego chłodzonego ołowiem (ELFR-the European Lead-cooled Fast Reactor).
Dedykowanym zadaniem dla nowej metody jest rozszerzona analiza cyklu paliwa w rdzeniu ELFR. Analizowane w pracy wielokrotny przerób paliwa może powodować produkcje izotopów wpływających na bezpieczeństwo rozwijanej koncepcji. Implementacja nowej metody pozwala na śledzenie cyklu powstawania istotnych aktynowców od uruchomienia rdzenia aż do osiągnięcia paliwa równowagowego. Nowa metoda jest w stanie pomóc w weryfikacji danych jądrowych i poprawie modelowania cyklu paliwowego. Dodatkowo praca prezentuje analizę czułości dla wybranych przekrojów czynnych.
Lead cooled reactor neutronic study towards verification of nuclear data
and modelling methodology for nuclear transmutations
The nuclide evolution over the analysed periods can be obtained using the linear chain approach, where linear chains represent series of physically occurring nuclide transitions. Transition chains preserve the entire quantitative information about the transmutation process, however those information is lost after more than one computational time step.
The new proposed approach described in the thesis introduces a method which extends the representation of formed trajectory sets described by the transition and passage functions beyond one step. Trajectories prepared for each computational time step are combined in the period folding procedure, enabling the representation of the transmutation process for a broader time interval. This procedure responds to the trajectory period folding methodology. The novel folding-period method is implemented into the Monte Carlo Burnup (MCB) code for the European Lead- cooled Fast Reactor (ELFR) fuel cycle simulations.
As a dedicated task of this study, an extended analysis of nuclear transmutation in the ELFR core was performed. The implementation of the novel methodology for trajectory period folding allows us to trace the life cycle of crucial minor actinides from the beginning of reactor life towards the state of equilibrium. The analysis identifies the sources of strong contribution to the neutron production rate, which helps with verification of nuclear data and modelling methodology for nuclear transmutation. Additionally, parametric sensitivity analysis method for selected reactions is carried out.
