Fast Reactor Calculation with the ERANOS Code System

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2011

Department

Teknillisen fysiikan laitos

Major/Subject

Ydin- ja energiatekniikka

Mcode

Tfy-56

Degree programme

Language

en

Pages

63

Series

Abstract

The motivation behind this thesis was to study the suitability of the deterministic fast reactor steady-state neutronics code ERANOS to be used at VTT Technical Research Centre of Finland. A specific code for fast reactors is required, since codes developed for thermal reactor calculation have been optimized such that several fast spectrum specific phenomena are ignored. ERANOS is a modular code package consisting e.g. of the lattice code ECCO and core calculation modules BISTRO and VARIANT. For the present study, ERANOS was employed to calculate part of the critical sodium-cooled fast reactor with high Pu-240 core ZPR-6 Assembly 7 (Zero Power Reactor) reactor physics benchmark. The calculations were performed for the criticality safety model and two separate sodium void reactivity (SVR) core configurations. The purpose of the calculations was to determine the impact of various calculation methods, parameters and the applied geometry. Another subject of interest was the performance of ERANOS-2.2 with JEFF-3.1 and -3.1.1 nuclear data libraries against the ZPR-6/7 experimental results. Some of the calculations were performed also with the Serpent Monte Carlo code. The main tools to solve the transport equation were the discrete ordinates (SN) and variational nodal (VNM) methods, in addition to which methods based on diffusion approximation were utilized. The method proved to be a significant factor, as well as the geometry effect between the rectangular 3-D and 2-D cylindrical coordinate systems. The more detailed calculation parameters, such as the polynomial expansion orders and mesh size, showed lesser significance. The 3-D VNM proved to be able to provide the most accurate SVR results with respect to the experimental ones, as far as the parameters were set properly. The 2-D SN method did not show equally good consistency and it had the more difficulties the larger the voided area was. The discrepancy between these methods is somewhat contradictory to some previously published ERANOS calculations. For criticality calculation the SN method provided good results, but they became slightly deteriorated when the computational accuracy was increased.

Työn tavoitteena oli selvittää aikariippumattoman nopean reaktorin neutroniikkalaskentaan kehitetyn deterministisen ERANOS-koodin käyttökelpoisuutta VTT:n tarpeisiin. Nopean reaktorin laskenta vaatii tarkoitusta varten erikseen kehitetyn koodin, sillä termisten reaktoreiden koodit on yleensä optimoitu siten, että monet nopean neutronispektrin ilmiöt on jätetty tarpeettomina huomioimatta. ERANOS on modulaarinen ohjelmistopaketti, jonka tärkeimpiä moduuleja ovat nippukoodi ECCO, sekä sydänlaskentakoodit BISTRO ja VARIANT. ERANOS-2.2 -koodia käytettiin natriumjäähdytteisen kriittisen ZPR-6 -nollatehoreaktorin mittauksista koostetun reaktorifysiikkabenchmarkin osittaiseen laskentaan. Työssä laskettiin benchmarkin kriittisyysturvallisuusmalli ja kaksi erilaista natriumin aukko-osuus-reaktiivisuusmallia. Laskujen tarkoitus oli selvittää eri laskentamenetelmien, -parametrien ja käytetyn geometrian vaikutuksia tuloksiin. Lisäksi tutkittiin, minkälaisia tuloksia ERANOS tuottaa suhteessa kokeellisiin tuloksiin JEFF-3.1 ja 3.1.1-pohjaisia ydinvakiokirjastoja käyttämällä. Joitain vertailulaskuja tehtiin myös Monte Carlo -koodi Serpentillä. Transport-laskuissa käytettiin diskreettiordinaatta- (SN) ja variaationodaalimenetelmiä (VNM). Lisäksi käytettiin diffuusioapproksimaatioon perustuvia menetelmiä. Laskentamenetelmä osoittautui merkittäväksi tekijäksi tulosten suhteen. Myös erot kolmiulotteisen suorakulmaisen ja kaksiulotteisen sylinterikoordinaatiston välillä olivat paikoin suuria. Sen sijaan yksityiskohtaisemmat laskentaparametrit vaikuttivat tuloksiin yleensä varsin vähän. VNM osoittautui parhaaksi menetelmäksi kokeellisten tulosten suhteen Na-aukko-osuusreaktiivisuuden laskennassa, kunhan käytettiin oikeita parametreja. Myös SN-menetelmä tuotti paikoin kohtalaisia tuloksia, mutta erityisesti laaja Na-aukkoalue osoittautui vaikeaksi laskettavaksi. Näin selvät erot menetelmien välillä ovat ristiriidassa eräiden aikaisemmin julkaistujen vastaavankaltaisten ERANOS-laskujen kanssa. Kriittisyyslaskussa 2-ulotteinen SN tuotti varsin hyviä tuloksia, mutta tarkkuuden kasvattaminen vaikutti heikentävästi.

Description

Supervisor

Salomaa, Rainer

Thesis advisor

Kotiluoto, Petri

Keywords

ERANOS, ERANOS, Serpent, Serpent, fast reactors, nopeat reaktorit, ZPR-6/7, ZPR-6/7

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122358315

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI