Monte Carlo-based multi-physics analysis for transients in Light Water Reactors

Die Kernreaktortechnologie ist ein ausgereiftes Feld mit mehreren Jahrzehnten Evolution und wichtigen Akteuren, die auf der ganzen Welt verteilt sind. Ein umfassendes Wissen über diese globale Technologie ist weltweit verfügbar, einschließlich gut etablierter Sicherheitsprinzipien und -praktiken, die hinsichtlich ihrer Verwendung vollständig ausgefüllt werden müssen. In diesem Rahmen ist die kontinuierliche Verbesserung der Sicherheitsstandards der Nuklearindustrie sowie der kommerziellen Ziele von Reaktordesignern und -betreibern eine treibende Kraft für die weltweite Entwicklung hochpräziser Methoden in der Reaktorphysik. Diese neuartigen Werkzeuge schlagen normalerweise ein sehr detailliertes Kopplungsschema zusammen mit einer geringeren Anzahl von Approximationen innerhalb des physikalischen Modellierungsansatzes vor. Dies ist der Treiber für die wissenschaftliche und technologische Frage, die in dieser Arbeit behandelt werden soll, die sich mit der Untersuchung fortschrittlicher Methoden zur Entwicklung gekoppelter neutronisch-thermisch-hydraulischer Berechnungen innerhalb des LWR befasst. Hier, wird ein vielseitiges gekoppeltes Werkzeug zwischen Serpent Monte Carlo-Partikeltransport und SUBCHANFLOW (SCF) -Unterkanal-Thermohydraulikcodes entwickelt, das sich auf transient-Probleme konzentriert, aber auch für stationäre und burnup Berechnungen. Es wird ein Test, Verifizierungs- und Validierungs-prozess bereitgestellt für verschiedene reale LWR-Geometrien und Betriebsbedingungen für stationäre, burnup und transient Berechnungen durchgeführt, der realistischer numerischer Benchmarks sowie experimenteller Daten berücksichtigt. Die Genauigkeit des Ansatzes wird bewertet, wobei auch ein konsistentes Verhalten aller beteiligten physikalischen Phänomene auf pin-wise-Ebene gezeigt wird. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der damit verbundenen Funktionen des Tools, wobei seine Durchführbarkeit für weitere industrieähnliche Anwendungen aufgezeigt wird, wie z.B. die sicherheitsrelevante Analyse für Reactivity Insertion Accidents. Darüber hinaus werden potenzielle Einschränkungen und inhärente Begrenzungen analysiert und verschiedene Pfade vorgeschlagen, was beweist, dass ein MC-basierter Ansatz einen überzeugenden alternativen Pfad für die direkten pin-by-pin full-core LWR-Berechnungen darstellt