Based on the resonance integral (RI) tables produced by the NJOY program, the conventional subgroup method usually ignores both the resonance elastic scattering and the resonance interference effects. In this paper, on one hand, to correct the resonance elastic scattering effect, RI tables are regenerated by using the Monte Carlo code, OpenMC, which employs the Doppler broadening rejection correction method for the resonance elastic scattering. On the other hand, a fast resonance interference factor method is proposed to efficiently handle the resonance interference effect. Encouraging conclusions have been indicated by the numerical results. (1) For a hot full power pressurized water reactor fuel pin-cell, an error of about +200 percent mille could be introduced by neglecting the resonance elastic scattering effect. By contrast, the approach employed in this paper can eliminate the error. (2) The fast resonance interference factor method possesses higher precision and higher efficiency than the conventional Bondarenko iteration method. Correspondingly, if the fast resonance interference factor method proposed in this paper is employed, the $k_{inf}$ can be improved by ~100 percent mille with a speedup of about 4.56.
High-fidelity nuclear data libraries and neutronics simulation tools are essential for the development of fast reactors. The IAEA coordinated research project on "Neutronics Benchmark of CEFR Start-Up Tests" offers valuable data for the qualification of nuclear data libraries and neutronics codes. This paper focuses on the verification and validation of the CEFR start-up modelling using OpenMC Monte-Carlo code against the experimental measurements. The OpenMC simulation results agree well with the measurements in criticality, control rod worth, sodium void reactivity, temperature reactivity, subassembly swap reactivity, and reaction distribution. In feedback coefficient evaluations, an additional state method shows high consistency with lower uncertainty. Among 122 relative errors in the benchmark of the distribution of nuclear reaction, 104 errors are less than 10% and 84 errors are less than 5%. The results demonstrate the high reliability of OpenMC for its application in fast reactor simulations. In the companion paper, the influence of cross-section libraries is investigated using neutronics modelling in this paper.
RAST-F is a new full-core analysis code based on the two-step approach that couples a multi-group cross-section generation Monte-Carlo code MCS and a multi-group nodal diffusion solver. To demonstrate the feasibility of using MCS/RAST-F for fast reactor analysis, this paper presents the coupled nodal code verification results for the MET-1000 and CAR-3600 benchmark cores. Three different multi-group cross-section calculation schemes are employed to improve the agreement between the nodal and reference solutions. The reference solution is obtained by the MCS code using continuous-energy nuclear data. Additionally, the MCS/RAST-F nodal solution is verified with results based on cross-section generated by collision probability code TULIP. A good agreement between MCS/RAST-F and reference solution is observed with less than 120 pcm discrepancy in keff and less than 1.2% root-mean-square error in power distribution. This study confirms the two-step approach MCS/RAST-F as a reliable tool for the three-dimensional simulation of reactor cores with fast spectrum.
GPS L2C signal is a recently added civil signal to L2 frequency and is constructed by time division multiplexing of civil moderate (L2-CM) and civil long (L2-CL) code signals. While the L2-CM code is 20 ms-periodic and modulates satellite navigation message, the L2-CL code is 1.5s-periodic with 767,250 chips long code sequence and carries no data. Therefore, the L2-CL code signal allows receivers to perform a very long coherent integration. However, due to the length of the L2-CL code, the acquisition of the L2-CL code signal may take too long or require too much hardware resources. In this paper, we propose a three-step ultra-fast L2-CL code acquisition (TSCLA) technique for dual band GPS receivers. In the proposed TSCLA technique, a dual band GPS receiver sequentially acquires the coarse/acquisition (C/A) code signal at L1 frequency, the L2-CM code signal, and the L2-CL code signal to minimize mean acquisition time (MAT). The theoretical performance analysis and numerous Monte Carlo simulations show the significant advantage of the proposed TSCLA technique over conventional techniques introduced in the literature.
Stainless steel is used commonly in nuclear applications for shielding radiation, so in this study, three different types of new stainless steel samples were designed and developed. New stainless steel compound ratios were determined by using Monte Carlo Simulation program Geant 4 code. In the sample production, iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr), silicium (Si), sulphur (S), carbon (C), molybdenum (Mo), manganese (Mn), wolfram (W), rhenium (Re), titanium (Ti) and vanadium (V), powder materials were used with powder metallurgy method. Total macroscopic cross sections, mean free path and transmission number were calculated for the fast neutron radiation shielding by using (Geant 4) code. In addition to neutron shielding, the gamma absorption parameters such as mass attenuation coefficients (MACs) and half value layer (HVL) were calculated using Win-XCOM software. Sulfuric acid abrasion and compressive strength tests were carried out and all samples showed good resistance to acid wear and pressure force. The neutron equivalent dose was measured using an average 4.5 MeV energy fast neutron source. Results were compared to 316LN type stainless steel, which commonly used in shielding radiation. New stainless steel samples were found to absorb neutron better than 316LN stainless steel at both low and high temperatures.
The U-Zr or U-TRU-Zr cylindrical metallic fuel slug used in fast reactors is known to swell significantly and to grow during irradiation. In neutronics simulations of metallic-fueled fast reactors, it is assumed that the slug has swollen and contacted cladding, and the bonding sodium has been removed from the fuel region. In this research, a realistic burnup-dependent fuel-swelling simulation was performed using Monte Carlo code McCARD for a single-batch compact sodium-cooled breed-and-burn reactor by considering the fuel-swelling behavior reported from the irradiation test results in EBR-II. The impacts of the realistic burnup-dependent fuel swelling are identified in terms of the reactor neutronics performance, such as core lifetime, conversion ratio, axial power distribution, and local burnup distributions. It was found that axial fuel growth significantly deteriorated the neutron economy of a breed-and-burn reactor and consequently impaired its neutronics performance. The bonding sodium also impaired neutron economy, because it stayed longer in the blanket region until the fuel slug reached 2% burnup.
The methods and performance of a fast reactor multigroup cross section (XS) generation code EXUS-F are described that is capable of directly processing Evaluated Nuclear Data File format nuclear data files. RECONR of NJOY is used to generate pointwise XS data, and Doppler broadening is incorporated by the Gauss-Hermite quadrature method. The self-shielding effect is incorporated in the ultrafine group XSs in the resolved and unresolved resonance ranges. Functions to generate scattering transfer matrices and fission spectrum matrices are realized. The extended transport approximation is used in zero-dimensional calculations, whereas the collision probability method and the method of characteristics are used for one-dimensional cylindrical geometry and two-dimensional hexagonal geometry problems, respectively. Verification calculations are performed first for various homogeneous mixtures and cylindrical problems. It is confirmed that the spectrum calculations and the corresponding multigroup XS generations are performed adequately in that the reactivity errors are less than 50 pcm with the McCARD Monte Carlo solutions. The nTRACER core calculations are performed with the EXUS-F-generated 47 group XSs for the two-dimensional Advanced Burner Reactor 1000 benchmark problem. The reactivity error of 160 pcm and the root mean square error of the pin powers of 0.7% indicate that EXUF-F generates properly the broad-group XSs.
Junesic Park;Byung-Gun Park;Hani Baek;Gwang-Min Sun
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.1
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pp.201-208
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2023
The dependence of the electrical characteristics on the fast neutron fluence of an epitaxial 4H-SiC Schottky barrier diode (SBD) was investigated. The 30 MeV cyclotron was used for fast neutron irradiation. The neutron fluences evaluated through Monte Carlo simulation were in the 2.7 × 1011 to 1.45 × 1013 neutrons/cm2 range. Current-voltage and capacitance-voltage measurements were performed to characterize the samples by extracting the parameters of the irradiated SBDs. Neutron-induced defects in the epitaxial layer were identified and quantified using a deep-level transient spectroscopy measurement system developed at the Korea Atomic Energy Research Institute. As the neutron fluence increased from 2.7 × 1011 to 1.45 × 1013 neutrons/cm2, the concentration of the Z1/2 defects increased by approximately 20 times. The maximum defect concentration was estimated as 1.5 × 1014 cm-3 at a neutron fluence of 1.45 × 1013 neutrons/cm2.
Introduction: In this study, TLD 600 and TLD 700 pairs were used to measure the neutron dose of Elekta Precise medical linac. To this end, the optimum moderate thickness for the conversion of fast to thermal neutrons were evaluated. Materials and methods: 241Am-Be and 252Cf sources were simulated to calculate the optimum thicknesses of the moderator for the conversion of maximum fast neutrons (FN) into thermal neutrons (TN). Pair TLDs were used to measure F&TN doses for three different field sizes at four depths of the medical linac. Results: The maximum thickness of the moderator was optimized at 6 cm. The measurement results demonstrated that the TN dose increased with the expansion of field size and depth. The FN dose, which was converted TN, exhibits behaviors comparable to the TN due to its nature. Conclusion: This study presents the optimum thickness for the moderator to convert FN into TN and measure F&TN using TLDs.
Tuan Quoc Tran;Xingkai Huo;Emil Fridman;Deokjung Lee
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4491-4503
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2023
This study aimed to verify and validate the transient simulation capability of the hybrid code system RAST-F for fast reactor analysis. For this purpose, control rod (CR) drop experiments involving eight separate CRs and six CR groups in the China Experimental Fast Reactor (CEFR) start-up tests were utilized to simulate the CR drop transient. The RAST-F numerical solution, including the neutron population, time-dependent reactivity, and CR worth, was compared against the measurement values obtained from two out-of-core detectors. Moreover, the time-dependent reactivity and CR worth from RAST-F were verified against the results obtained by the Monte Carlo code Serpent using continuous energy nuclear data. A code-to-code comparison between Serpent and RAST-F showed good agreement in terms of time-dependent reactivity and CR worth. The discrepancy was less than 160 pcm for reactivity and less than 110 pcm for CR worth. RAST-F solution was almost identical to the measurement data in terms of neutron population and reactivity. All the calculated CR worth results agreed with experimental results within two standard deviations of experimental uncertainty for all CRs and CR groups. This work demonstrates that the RAST-F code system can be a potential tool for analyzing time-dependent phenomena in fast reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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