Quality Assurance Methods for Uncertainty Analysis in Reactor Physics with Applications

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Ala-Heikkilä, Jarmo, Dr., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.contributor.author Vanhanen, Risto
dc.date.accessioned 2016-03-31T09:01:13Z
dc.date.available 2016-03-31T09:01:13Z
dc.date.issued 2016
dc.identifier.isbn 978-952-60-6730-8 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-6729-2 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/20028
dc.description.abstract The purpose of uncertainty analysis is to quantify the level of confidence one can have in calculated quantities of interest. In this respect, uncertainty is lack of confidence in the calculated values. In this Thesis uncertainty analysis is applied to reactor physics, which predicts the behavior of nuclear reactors based on radiation transport theories and nuclear data. The motivation is mainly twofold. First, in order to assess reliability of the computed results all calculated quantities of interest should have representative uncertainty estimates. Second, in its recent Regulatory Guides on Nuclear Safety the Finnish Radiation and Nuclear Safety Authority allows, instead of conservative estimates, the usage of realistic, best-estimate values of safety parameters augmented by uncertainty estimates. There are different sources of uncertainty and it is not always a priori obvious which of the components dominate the uncertainties in the quantities of interest. Therefore, an estimate for each component should be provided. It is usually presumed that uncertainty in nuclear data is the largest source of uncertainty. In this Thesis, this is verified in a few simple cases. In the course of the work some of the present uncertainty estimates of nuclear data were found to be mathematically and physically improper. The noted improper qualities were non-positivity, that is, negative generalized variances, and inconsistency with respect to the sum rules of nuclear data. This is a problem in quality of the data and of prime importance since the results of calculations are at most as good as data used in them. The problem in quality of the data was solved by developing and proposing quality assurance methods to detect improper covariances, and by developing and proposing methods to find nearby more proper energy-dependent covariances and methods to find the nearest proper covariances in multigroup form. There are several nuclear data evaluation projects in the world. Their evaluated nuclear data have discrepancies. The best-estimate values might differ or the nuclear data community does not agree on how well a piece of nuclear data is known. This is another quality assurance issue, which is considered in this Thesis. The most important practical implications of the work presented in this Thesis are introduction of quality assurance methods that can be and were implemented as computer routines and used to detect certain improper properties of covariances of nuclear data as a part of quality assurance programs. The other methods can be used to remove these improper components with minimal changes to the covariances of nuclear data. The methods have also other potential applications such as verifying that covariances of fission yields retain proper normalization. en
dc.description.abstract Epävarmuusanalyysin tarkoitus on määrittää, kuinka hyvin laskettuihin suureisiin voi luottaa. Tässä mielessä epävarmuus on luottamuksen puutetta laskettuja arvoja kohtaan. Tässä väitöksessä epävarmuusanalyysiä sovelletaan reaktorifysiikkaan. Reaktorifysiikassa ennustetaan ydinreaktoreiden toimintaa säteilyn kuljetusteorioiden ja ydinvakiotietojen pohjalta. Työ on mielenkiintoinen lähinnä kahdesta syystä. Ensinnäkin, laskettujen arvojen luotettavuuden määrittämiseksi tulee arvioida laskettujen arvojen epävarmuutta. Toiseksi, säteilyturvakeskus sallii nykyisissä ydinturvallisuusohjeissaan turvallisuusanalyysien tekemisen käyttäen turvallisuusparametrien parhaita arvioita niin sanottujen konservatiivisten arvioiden sijasta, kunhan tulosten epävarmuudet arvioidaan. Useat eri asiat aiheuttavat epävarmuutta, eikä ennalta ole aina selvää mikä epävarmuuden lähde hallitsee laskettujen suureiden epävarmuuksia. Tästä syystä jokaisen epävarmuuden lähteen suuruus täytyy arvioida. Usein oletetaan, että ydinvakiotietojen epävarmuus aiheuttaa eniten epävarmuutta. Tässä väitöksessä asia varmistetaan muutamassa yksinkertaisessa tapauksessa. Työn aikana huomattiin, että jotkin nykyiset ydinvakioiden epävarmuusarviot olivat matemaattisesti ja fysikaalisesti epäsopivia. Havaitut puutteet olivat epäpositiivisuus, eli eräänlaisesti yleistettyjen varianssien negatiivisuus, ja sisäinen ristiitaisuus ydinvakioiden yhteenlaskusääntöjen suhteen. Kyseinen tiedon laatuun liittyvä ongelma on tärkeä, koska laskujen lopputulokset ovat korkeintaan niin hyviä kuin laskuissa käytetyt tiedot. Tietojen laatuun liittyvä ongelma ratkaistiin kehittämällä ja ehdottamalla laadunvarmistusmenetelmiä, joilla voi huomata epäsopivat kovarianssit. Lisäksi kehitettiin ja ehdotettiin menetelmiä, joilla pystyy etsimään läheisiä laadukkaampia energiasta riippuvia kovariansseja sekä läheisimpiä vaaditut ominaisuudet täyttäviä moniryhmävakioiden kovariansseja. Maailmassa on monia ydinvakiotietoja arvioivia ryhmiä. Heidän suosittelemissaan ydinvakioissa on eroavaisuuksia. Parhaat arviot voivat erota, tai näkemys siitä kuinka hyvin kyseinen ydinvakio on tunnettu voi erota. Työssä pohditaan myös tätä laadunvarmistuskysymystä. Työn tärkeimmät käytännölliset seuraukset ovat mainittujen laadunvarmistusmenetelmien luominen ja käyttöön ottaminen. Menetelmät voidaan toteuttaa ja toteutettiin tietokoneohjelmina. Menetelmiä voidaan käyttää laadunhallinnan osana. Muita ehdotettuja menetelmiä voidaan käyttää epäsopivien ominaisuuksien poistamiseen siten, että muutokset kovariansseihin ovat mahdollisimman pieniä. Menetelmillä on myös muita mahdollisia sovelluskohteita kuten sen tarkistaminen, että fissiotuottojen kovarianssit säilyttävät näiden normalisaation. fi
dc.format.extent 85 + app. 64
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 58/2016
dc.relation.haspart [Publication 1]: R. Vanhanen. Computing positive semidefinite multigroup nuclear data covariances. Nuclear Science and Engineering, 179, 4, 411–422, April 2015. DOI: 10.13182/NSE14-75
dc.relation.haspart [Publication 2]: R. Vanhanen. Computing more consistent multigroup nuclear data covariances. Nuclear Science and Engineering, 181, 1, 60–71, September 2015. DOI: 10.13182/NSE14-105
dc.relation.haspart [Publication 3]: R. Vanhanen. Computing more proper covariances of energy dependent nuclear data. Nuclear Engineering and Design, 297, 148–157, February 2016. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2015.11.026
dc.relation.haspart [Publication 4]: R. Vanhanen and M. Pusa. Survey of prediction capabilities of three nuclear data libraries for a PWR application. Annals of Nuclear Energy, 83, 408–421, September 2015; DOI: 10.1016/j.anucene.2015.03.044
dc.relation.haspart [Publication 5]: R. Vanhanen. Uncertainty analysis of infinite homogeneous lead and sodium cooled fast reactors at beginning of life. Nuclear Engineering and Design, SI: NENE, 283, 168–174, March 2015. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.06.023
dc.subject.other Energy en
dc.subject.other Physics en
dc.title Quality Assurance Methods for Uncertainty Analysis in Reactor Physics with Applications en
dc.title Laadunvarmistusmenetelmiä epävarmuusanalyysille reaktorifysiikassa sovelluksineen fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Science en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Applied Physics en
dc.subject.keyword quality assurance en
dc.subject.keyword uncertainty analysis en
dc.subject.keyword sensitivity analysis en
dc.subject.keyword nuclear data en
dc.subject.keyword covariance en
dc.subject.keyword positivity en
dc.subject.keyword consistency en
dc.subject.keyword laadunvarmistus fi
dc.subject.keyword epävarmuusanalyysi fi
dc.subject.keyword herkkyysanalyysi fi
dc.subject.keyword ydinvakiotiedot fi
dc.subject.keyword ydinvakiot fi
dc.subject.keyword kovarianssi fi
dc.subject.keyword positiivisuus fi
dc.subject.keyword sisäinen ristiriidattomuus fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-6730-8
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Tuomisto, Filip, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
dc.opn Cortés, Guillem, Prof., Politechnical University of Catalonia (UPC), Spain
dc.rev Kankainen, Anu, Dr., University of Jyväskylä, Finland
dc.rev Žerovnik, Gašper , Dr., Jožef Stefan Institute, Slovenia
dc.date.defence 2016-04-29


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account