Updated Control Rod Burnup Model in SIMULATE-3

Simple item page
dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorKumpula, Jussi 
dc.contributor.advisorRanta-aho, Anssu 
dc.contributor.authorMichelsson, Leif
dc.contributor.departmentTeknillisen fysiikan laitosfi
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Scienceen
dc.contributor.supervisorSalomaa, Rainer 
dc.date.accessioned2020-12-28T15:00:25Z
dc.date.available2020-12-28T15:00:25Z
dc.date.issued2013 
dc.description.abstractControl rods in a nuclear reactor have to be replaced if they reach their nuclearendoflife or crack. Both of these depend on the depletion of the control rod, which in turn is tracked by simulation codes. In this work the BWR control rod depletion tracking model of SIMULATE-3 (S3) was updated for TVO. The old S3 depletion tracking model (OS3) is based on the assumption that control rod depletion is more or less correlated with the energy produced in the adjacent fuel assemblies. The produced energy is then transformed to the absorber material depletion with a constant of unit %/GWd/tU. The updated depletion tracking model, the SF model, is based on modelling the reaction rates in the control rod absorber region. The effect of lattice design, prior depletion fraction of the control rod and void were taken into account in the reaction rates. This was achieved by means of a lattice code CASMO-4E. The OS3 and SF depletion tracking models were statistically and visually benchmarked to SIMULATE-5 (S5). The methodology of S5 is highly sophisticated and therefore its results were used for benchmarking. The comparison between the models revealed that the SF model is highly accurate and consistent with S5, except for the uppermost parts of the control rods. It is, however, unclear how accurate the S5 is in reality in the uppermost parts as the number of experimentally measured control rod depletions are very few and the upper part of a control rod has difficult neutronic phenomena from the modelling point of view. On the other hand it could be concluded that the OS3 model was inaccurate in many occurrences and its errors were found to increase with the newer control rod designs. In addition, the OS3 and SF models were used to determine depletion thresholds for control rod cracks. The assessment was based on the existing data of the cracked control rods in Olkiluoto 1 and Olkiluoto 2 reactors. The cracked rods are mainly older rod types and therefore both OS3 and SF predicted similar cracking thresholds. For example one control rod design was found to crack when its B-10 depletion reached 20% and by 40% depletion virtually every such rod had suffered from a crack.en
dc.description.abstractSäätösauvat ydinreaktorissa tulee korvata uusilla mikäli ne saavuttavat niiden ydinteknisen käyttöiän tai säröilevät. Molemmat ovat verrannollisia säätösauvojen palamaan, jota seurataan reaktorisydämen simulointiohjelmistoilla. Tämän työn tarkoituksena oli päivittää kiehutusvesireaktoreiden säätösauvojen palamaseurantaan tarkoitettua SIMULATE-3 (S3) koodia TVO:lle. Vanha S3:n palamamalli (OS-3malli) perustuu oletukseen, että säätösauvojen palama korreloi sen vieressä sijaitsevien polttoainenippujen tuottaman energian kanssa. Tämä tuotettu energia muutetaan palamaksi yksinkertaisen vakion avulla, jonka yksikkö on %/GWd/tU. Päivitetty S3 palamamalli (SF-malli) perustuu reaktionopeuksien mallintamiseen säätösauvojen absorbaattorimateriaalissa. CASMO-4E hilakoodin avulla reaktionopeuksien laskemisessa pystyttiin ottamaan huomioon polttoaineen hilasuunnittelu, säätösauvojen aiempi palama sekä aukkoosuus. OS3- sekä SF-mallin tuloksia verrattiin SIMULATE-5 (S5) antamiin tuloksiin. S5:n mallinnus on monella tapaa hienostuneempi kuin kahdessa muussa vertailukoodissa, joten tämän työn puitteissa sen tuloksia pidettiin tarkkoina. Kolmen mallin välinen vertailu paljasti, että SF-malli on tarkka S5-malliin nähden pois lukien säätösauvojen kärjen alue. On kuitenkin hieman epäselvää, kuinka tarkka S5 on tässä tapauksessa. Tämä johtuu sekä kokeellisesti mitattujen palama-arvojen puutteesta että vaikeasti mallinnettavien ilmiöiden esiintymisestä tällä alueella. Toisaalta OS3:n tuloksista voitiin päätellä, että malli on epätarkka monessa tilanteessa ja virhe kasvaa uudempien säätösauvamallien kanssa. OS3- ja SF-mallia käytettiin myös säätösauvojen säröilyn ennustamiseen palaman funktiona. Säröilyaineisto perustui Olkiluoto 1 ja Olkiluoto 2 reaktoreista kerättyyn tietoon. Aineistosta käy ilmi, että säröilyä on havaittu ensisijaisesti vanhoissa säätösauvatyypeissä ja näin ollen molemmat palamamallit ennustivat konsistentteja palamarajoja niille. Eräälle säätösauvatyypille voitiin säröilyn todeta alkavan kun booripalama jossain sauvan kohdassa ylitti n. 20%. Lisäksi n. 40% palamalla käytännössä kaikki tämän tyyppiset sauvat olivat säröilleet.fi
dc.format.extentvii + 63 
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/100658
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:aalto-2020122859489
dc.language.isoenen
dc.programme.majorYdin- ja energiatekniikkafi
dc.programme.mcodeTfy-56fi
dc.rights.accesslevelclosedAccess
dc.subject.keywordburnupen
dc.subject.keywordsäätösauvafi
dc.subject.keyworddepletionen
dc.subject.keywordpalamafi
dc.subject.keywordcontrol roden
dc.subject.keywordSIMULATEfi
dc.subject.keywordcontrol rod crackingen
dc.subject.keywordsäätösauvan säröilyfi
dc.subject.keywordIASCCfi
dc.titleUpdated Control Rod Burnup Model in SIMULATE-3en
dc.titleSäätösuvojen päivitetty palamamalli SIMULATE-3 -ohjelmistollefi
dc.type.okmG2 Pro gradu, diplomityö 
dc.type.ontasotMaster's thesisen
dc.type.ontasotPro gradu -tutkielmafi
dc.type.publicationmasterThesis 
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_04587
local.aalto.idinssi46004
local.aalto.openaccessno
Files
Collections
[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI