Гипер

Aug 08, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12711 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Сверхточное (HxF) истощение реакторов с галечным слоем (PBR) — это возможность моделировать истощение каждого камешка с учетом движения через активную зону. Предыдущая работа HxF продемонстрировала возможность одновременного истощения сотен тысяч неподвижной гальки в разумные сроки. Эта работа иллюстрирует второй шаг на пути к HxF, сочетающий истощение с дискретной схемой движения. Модель предполагает упорядоченный пласт с галькой, занимающей фиксированное положение. Движение упрощено как дискретное, поскольку камешки движутся по прямым линиям из одного заданного положения в другое. Эта методология была реализована в Serpent 2 в сочетании с его возможностями транспортировки и истощения. Были разработаны специальные процедуры, обеспечивающие совместимость с разложением доменов и рециркуляцией гальки после каждого прохода на основе критериев сброса и добавления свежей гальки. Возможности HxF с дискретным движением продемонстрированы на полномасштабной модели высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. В частности, выполняется подход к равновесию, и показаны примеры результатов для гальки в керне и выброшенной гальки. Данные показывают, как HxF дает уникальную информацию о топливе PBR, предоставляя информацию о статистических распределениях, а не только о средних значениях, полученных традиционными методами, основанными на спектральном зонировании истощения. Знание этих распределений может значительно улучшить анализ и оценку PBR.

Сверхточное (HxF) истощение реакторов с галечным слоем (PBR) определяется как возможность моделировать истощение каждого отдельного камешка, одновременно учитывая его движение через активную зону. Это представляет собой смену парадигмы в решении проблем, связанных с истощением галечных пластов. Подробное описание этих проблем и способов их решения ранее представлено в более ранней статье, демонстрирующей вычислительную осуществимость HxF1,2. Для полноты здесь представлено краткое изложение. Поскольку размер камешка мал по сравнению с большой длиной диффузии нейтронов в графитовом замедлителе, спектр нейтронов в каждом камушке не является самоопределяющимся, а сильно зависит от содержания соседних камушков. Из-за непрерывной рециркуляции и дозаправки камешков топливность соседних камешков может существенно различаться, так как степень их выгорания очень различна и априори неизвестна. Простой итерационный процесс невозможен, поскольку типичное ядро ​​​​PBR содержит несколько сотен тысяч камешков; поэтому предыдущие инструменты решали эту проблему путем разделения активной зоны на макрозоны (каждая из которых содержит десятки тысяч камешков), внутри которых предполагается однородный состав топлива, то есть спектр нейтронов3,4,5,6. Эти подходы способны обеспечить только среднее поведение гальки и не требуют проверки вносимых ими упрощений. Вместо этого HxF разрешает каждый камешек независимо, что означает, что он может предоставить детальное распределение интересующих величин, таких как выгорание, мощность и температура. Поскольку ограничения реакторной системы часто оцениваются на основе экстремальных, а не средних значений (например, максимальная мощность на частицу топлива, максимальная температура топлива и т. д.), ожидается, что данные, полученные с помощью HxF, значительно улучшат наши возможности оценки безопасная эксплуатация ПБР. Кроме того, этот метод с более высоким разрешением может служить проверкой традиционных методов спектральных зон.

Конечная цель HxF — объединить моделирование дискретных элементов (DEM) для реалистичного движения гальки, нейтронный транспорт Монте-Карло для распределения энергии и расчеты выгорания топлива для каждого гальки, а также теплогидравлическую модель для определения распределения температуры. Чтобы достичь этой амбициозной цели, вместо того, чтобы реализовывать все части за одну попытку, был принят прогрессивный подход. Первым шагом было продемонстрировать возможность истощения большого количества материалов в разумные сроки, не полагаясь на суперкомпьютеры. Было доказано1,2, что можно истощить до 0,5 миллиона камешков одновременно, используя относительно ограниченные вычислительные ресурсы и в течение пяти-десяти дней. Что еще более важно, было продемонстрировано, что HxF является мощным инструментом, позволяющим улучшить наше понимание PBR, раскрывая ценную информацию о поведении топлива и реактора, такую ​​​​как пики мощности и распределение выгорания при разряде, которую в противном случае невозможно получить с помощью традиционных инструментов. Наконец, даже если HxF не подходит для быстрого анализа, он предоставляет инструмент проверки для инструментов с более низкой точностью.