Nuclear Data Uncertainty Propagation with Total Monte-Carlo Method
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-08-23
Department
Major/Subject
Engineering physics
Mcode
SCI3075
Degree programme
Master’s Programme in Mathematics and Operations Research
Language
en
Pages
94+1
Series
Abstract
This thesis introduces the use of the Total Monte-Carlo method in conjunction with continuous energy reactor physics code Serpent 2 for uncertainty quantification. The contents and functionalities of the T6 software package are covered for the production of random nuclear data files. K-value and decay heat uncertainties are studied by varying the nuclear data inputs for a Serpent model with a simple two-dimensional 6x6 BWR fuel assembly geometry. The impact from U-235, U-238, Pu-239 data uncertainties was studied by performing 500 Serpent calculations while varying the cross section data for the nuclide in question. Additional calculation set of 200 repetitions was performed by varying 43 nuclides. These nuclides included the necessary isotopes for constructing the model, as well as important transuraniums, fission products and impurities. The results indicate that the nuclear data uncertainties pose major uncertainty to the k-value and decay heat. A 2.34 % relative standard deviation for decay heat was observed after 50 year of decaying from 22.627 MWd/kgU burnup. The radiative capture data of Pu-240 was deduced to be significantly uncertain, resulting in a large spread of Am-241 concentration at the end of irradiation, which explained a notable share of the decay heat uncertainty. The relative standard deviation of the k-value was of the order of 1 % throughout the burnup sequence where the data was varied for 43 nuclides. From the other calculation sets it was discovered that U-238 poses the most uncertainty on the k-value, generating approximately 0.5 % relative standard deviation independent of burnup.Tässä diplomityössä esitellään Total Monte-Carlo metodin käyttö osana epävarmuusanalyysiä jatkuvan energian reaktorifysiikan koodille Serpent 2.0:lle. T6 ohjelmistopaketin sisältö ja toiminnot esitellään varioitujen ydinvakiodatatiedostojen luontia varten. Kasvukertoimen ja hajoamislämmön epävarmuuksia tutkittiin varioimalla Serpentin ydinvakiodatasyötettä yksinkertaisella kaksiulotteisella 6x6 kiehutusvesireaktorimallilla. Nuklidien U-235, U-238 ja Pu-239 ydinvakiodatan epävarmuuksia tutkittiin suorittamalla viisisataa Serpent-laskua jokaista nuklidia kohden, ydinvakiodataa samalla varioiden. Tämän lisäksi kahdensadan Serpent-laskun kokonaisuus suoritettiin varioimalla ydinvakiodataa 43 nuklidille samanaikaisesti. Nämä nuklidit sisälsivät välttämättömät isotoopit Serpent-mallin rakentamiseen, tärkeät transuraanit, fissiotuotteet ja epäpuhtaudet. Tulokset osoittavat, että ydinvakiodatan epävarmuudet aiheuttavat merkittävää epävarmuutta kasvukertoimeen ja ydinjätteen hajoamislämpöön. Viidenkymmenen vuoden hajoamisen jälkeen suhteellinen keskihajonta hajoamislämmölle oli noin 2.34 %, kun hajoamislasku aloitettiin 22.627 MWd/kgU palamasta. Yksi merkittävimmistä löydöistä oli se, että neutroniabsorptiodata Pu-240:lle oli erittäin epävarmaa, mikä synnytti huomattavan epävarmuuden Am-241:n konsentraatiolle palamalaskun loppuun. Tämä ilmiö selitti suurimman osan hajoamislämmön epävarmuudesta. Suhteellinen keskihajonta kasvukertoimelle oli yhden prosentin luokkaa koko palamalaskun läpi, kun ydinvakiodataa varioitiin 43 nuklidille. Yhden varioidun nuklidin laskentakokonaisuuksista U-238 oli merkittävin tekijä kasvukertoimen epävarmuudessa. U-238:n datan varioinnilla saavutettiin noin 0.5 % suhteellinen keskihajonta kasvukertoimelle, mikä pysyi suunnilleen muuttumattomana palamalaskun läpi.Description
Supervisor
Sand, AndreaThesis advisor
Häkkinen, SiljaKeywords
total Monte-Carlo, reactor physics, uncertainty analysis, burnup calculation, nuclear data library