Validation of the Fission Gas Release Model of the advanced IMAGINE Code Implemented in the ENIGMA Fuel Performance Code
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2007
Major/Subject
Ydin- ja energiatekniikka
Mcode
Tfy-56
Degree programme
Language
en
Pages
68
Series
Abstract
Modelling of the gaseous fission products has an essential role in analysing nuclear fuel performance. Especially at higher burnups the fuel swelling or rod over-pressurization caused by fission gases may lead to a cladding failure. Due to the tendency to extend discharge burnups of nuclear fuels makes it important to develop fuel codes that are validated to higher burnups. The computer programs that are currently used for modelling the nuclear fuel behaviour are a result of development work over a long time and the original versions are usually rather old. For this reason most of the fuel codes are programmed using methods that are significantly behind other fields of scientific computing. However, recently some projects have been started in order to introduce modern object-oriented programming methods into nuclear fuel modelling. In this thesis a new object-oriented programming based fuel code IMAGINE is tested by coupling it with the ENIGMA fuel performance code. The testing is carried through by calculating the irradiation behaviour of seven fuel rods from three different fuel tests. The results are compared with the results obtained using the original fission gas release model of the ENIGMA code and with measured data. In the theory section some physical processes related to fission gas release and the effect of the formation of a special high burnup structure on fuel behaviour are presented. In addition, the fission gas release models of the codes used in the work are described. Also the calculated test cases are briefly described. The work shows that the object-oriented programming can be successfully used in modelling nuclear fuels. The results indicate also that the implementation of the IMAGINE code has improved the fission gas calculation of the ENIGMA code.Kaasumaisten fissiotuotteiden mallintaminen on olennainen osa ydinpolttoaineen käyttäytymisen analysointia. Erityisesti palaman kasvaessa fissiokaasujen aiheuttama polttoaineen laajeneminen tai polttoainesauvan paineen nousu voivat johtaa suojakuoren rikkoutumiseen. Polttoaineen poistopalaman nostopyrkimysten vuoksi korkeisiin palamiin kelpoistettujen polttoainemallien kehittäminen on tärkeää. Tällä hetkellä ydinpolttoainemallinnuksessa käytettävät tietokoneohjelmat ovat pitkän kehitystyön tulos ja ohjelmien perusversiot ovat useimmiten melko vanhoja. Tämän vuoksi suurin osa polttoainekoodeista on toteutettu käyttäen ohjelmointimenetelmiä, jotka ovat selkeästi jäljessä muun tieteellisen laskennan ohjelmointimenetelmiä. Viime vuosina on kuitenkin käynnistynyt muutamia projekteja nykyaikaisempien olio-ohjelmointimenetelmien soveltamiseksi ydinpolttoainemallinnukseen. Tässä diplomityössä testataan olio-ohjelmointiin perustuvaa uutta IMAGINE -polttoainekoodia liittämällä se ydinpolttoainetta mallintavaan ENIGMA -koodiin. Testaus suoritetaan laskemalla kolmesta polttoainekokeesta peräisin olevien seitsemän polttoainesauvan käyttäytymistä säteilytyshistorian mukana. Tuloksia verrataan sekä ENIGMAn alkuperäisen fissiokaasumallin kanssa saatuihin tuloksiin sekä mitattuun dataan. Teoriaosassa esitellään fissiokaasujen vapautumiseen liittyviä fysikaalisia prosesseja sekä palaman kasvun my6ta muodostuvan erityisen korkeapalamarakenteen vaikutusta polttoaineen käyttäytymiseen. Lisäksi työssä kuvataan kuinka käytetyt ohjelmat mallintavat fissiokaasujen käyttäytymistä polttoaineessa. Myös lasketut testitapaukset esitellään lyhyesti. Työ osoittaa olio-ohjelmoinnin soveltuvan hyvin ydinpolttoaineen mallintamiseen. Tulokset viittaavat myös siihen, että IMAGINE -ohjelman liittäminen on parantanut ENIGMA -koodin fissiokaasulaskentaa.Description
Supervisor
Salomaa, RainerThesis advisor
Wallin, HannuKeywords
nuclear fuel performance, ydinpolttoaineen käyttäytyminen, fission gas release (FGR), fissiokaasujen vapautuminen (FGR), high burnup structure (HBS), korkeapalamarakenne (HBS)