Verification of Ants time-dependent nodal neutronics model

Abstract

Ants is a novel nodal neutronics code developed at VTT. Ants employs a combination of AFEN and FENM methods that take an analytical approach to solving the multi-group diffusion problem. So far, Ants has been successfully applied in steady-state problems. The latest feature implemented in Ants is the time-dependent calculation capability.

The methodology of the Ants time-dependent calculations is based on manipulating the problem into a form similar to the steady-state problem. This enables the final solution to be expressed as a sum of the analytical solution similar to the steady-state solution and a particular solution based on polynomial expansions. The methodology is thoroughly described in the background of the thesis.

The goal of this work is to verify the time-dependent capabilities of the Ants nodal neutronics code. The verification is conducted with several benchmark problems in different transient scenarios, with varying reactor geometries and different levels of feedback effects. The problems range from a simple one-group one-point kinetics problem to more realistic full-core rod ejection transient problems. The benchmark results are analyzed with a sensitivity study. The Ants transient results show good agreement with solutions provided by other nodal codes in literature. Ants thus proves to be consistent in both routine and challenging transient problems. Overall, the results establish the correct methodology and implementation of the Ants time-dependent model.

The verification of a computer code is a large process. The ongoing process continues in the future with more complex and extensive problems.

Ants on VTT:llä kehitetty uusi nodaalineutroniikkakoodi. Ants käyttää ratkaisussaan yhdistelmää AFEN- ja FENM-menetelmistä, joissa käytetään analyyttistä lähestymistapaa moniryhmäisen diffuusio-ongelman ratkaisemiseen. Antsin tasapainomallia on sovellettu menestyksekkäästi ajasta riippumattomissa ongelmissa. Uusin Antsiin toteutettu ominaisuus on transienttilaskentaominaisuus.

Antsin transienttilaskujen metodologia perustuu moniryhmäisen diffuusio-ongelman muokkaamiseen samankaltaiseen muotoon kuin ajasta riippumaton tasapainoyhtälö. Tämän ansiosta lopullinen ratkaisu voidaan ilmaista tasapainotilaratkaisua muistuttavan analyyttisen ratkaisun ja polynomiekspansioon perustuvan erikoisratkaisun summana. Menetelmä kuvataan perusteellisesti tutkielman taustakappaleissa.

Tämän työn tavoitteena on verifioida nodaalineutroniikkakoodi Antsin aikariippuva malli. Verifiointi suoritetaan useilla vertailuongelmilla erilaisissa transienttiskenaarioissa, vaihtelevilla geometrioilla ja erilaisilla takaisinkytkentävaikutuksilla. Ongelmat vaihtelevat yksinkertaisesta yksiryhmäisestä pistekinetiikkaongelmasta realistisempiin koko sydämen laajuisiin sauvan uloslentoa koskeviin transienttiongelmiin. Vertailutuloksia analysoidaan herkkyysanalyysin avulla. Antsin transienttitulokset ovat hyvin yhteneväisiä muiden kirjallisuudessa esiintyvien nodaalikoodien ratkaisujen kanssa. Ants osoittautuu näin ollen johdonmukaiseksi sekä rutiininomaisissa että haastavissa transienttiongelmissa. Kaiken kaikkiaan tulokset osoittavat Antsin transienttiratkaisun oikean menetelmän ja toteutuksen.

Tietokonekoodin verifiointi on laaja prosessi. Antsin verifiointiprosessi jatkuu tulevaisuudessa monimutkaisempien ja laajempien ongelmien parissa.