Massone, Mattia;Gabrielli, Fabrizio;Rineiski, Andrei
Nuclear Engineering and Technology
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제49권6호
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pp.1250-1258
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2017
The multigroup transport theory is the basis for many neutronics modules. A significant point of the cross-section (XS) generation procedure is the choice of the energy groups' boundaries in the XS libraries, which must be carefully selected as an unsuitable energy meshing can easily lead to inaccurate results. This decision can require considerable effort and is particularly difficult for the common user, especially if not well-versed in reactor physics. This work investigates a genetic algorithm-based tool which selects an appropriate XS energy structure (ES) specific for the considered problem, to be used for the condensation of a fine multigroup library. The procedure is accelerated by results storage and fitness calculation speedup and can be easily parallelized. The extension is applied to the coupled code SIMMER and tested on the European Sustainable Nuclear Industrial Initiative (ESNII+) Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration (ASTRID)-like reactor system with different fitness functions. The results show that, when the libraries are condensed based on the ESs suggested by the algorithm, the code actually returns the correct multiplication factor, in both reference and voided conditions. The computational effort reduction obtained by using the condensed library rather than the fine one is assessed and is much higher than the time required for the ES search.
Kim, Kyung-O.;Jun, Byung Jin;Lee, Byungchul;Park, Sang-Jun;Roh, Gyuhong
Nuclear Engineering and Technology
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제52권1호
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pp.14-18
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2020
Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has carried out various neutronics experiments in the commissioning stage of the Jordan Research and Training Reactor (JRTR), and this paper introduces the results of first criticality prediction and experiment for the JRTR. The Monte Carlo Code for Advanced Reactor Design and analysis (McCARD) with the ENDF/B-VII.0 nuclear library was used for prediction calculations in the process of the first criticality approach, which was performed to provide reference for the first criticality experiment. In the experiment, fuel loading was carried out by measuring the inverse multiplication factor (1/M) to predict the number of fuel assemblies at the first criticality, and the first critical was reached on April 25, 2016. Comparing the first criticality prediction and experiment, the calculated and measured CAR (Control Absorber Rod) heights for the first criticality were 575 mm and 570.5 mm, respectively, that is, the difference between the two results was approximately 5 mm. From this result, it was confirmed that JRTR manufacturing and various experiments had successfully progressed as designed.
As a key and core knowledge for the design of various types of nuclear reactors, the discipline of reactor physics has been advanced continually in the past six decades and has led to a very sophisticated fabric of analysis methods and computer codes in use today. Notwithstanding, the discipline faces interesting challenges from next-generation nuclear reactors and innovative new fuel designs in the coming. After presenting a brief overview of important tasks and steps involved in the nuclear design and analysis of a reactor, this article focuses on the currently-used design and analysis methods, issues and limitations, and current activities to resolve them as follows: (1) Derivation of the multi group transport equations and the multi group diffusion equations, with representative solution methods thereof. (2) Elements of modem (now almost three decades old) diffusion nodal methods. (3) Limitations of nodal methods such as transverse integration, flux reconstruction, and analysis of UO2-MOX mixed cores. Homogenization and related issues. (4) Description of the analytic function expansion nodal (AFEN) method. (5) Ongoing efforts for three-dimensional whole-core heterogeneous transport calculations and acceleration methods. (6) Elements of spatial kinetics calculation methods and coupled neutronics and thermal-hydraulics transient analysis. (7) Identification of future research and development areas in advanced reactors and Generation-IV reactors, in particular, in very high temperature gas reactor (VHTR) cores.
This paper presents the research activities performed to date for the development of a supercritical pressure water-cooled reactor (SCWR) in Korea. The research areas include a conceptual design of an SCWR with an internal flow recirculation, a reactor core conceptual design, a heat transfer test with supercritical $CO_2$, an adaptation of an existing safety analysis code to the supercritical pressure condition, and an evaluation of candidate materials through a corrosion study. Methods to reduce the cladding temperature are introduced from two different perspectives, namely, thermal-hydraulics and core neutronics. Briefly described are the results of an experiment on the heat transfer at a supercritical pressure, an experiment that is essential for the analysis of the subchannels of fuel assemblies and the analysis of a system safety. An existing system code has been adapted to SCWR conditions, and the process of a first-hand validation is presented. Finally, the corrosion test results of the candidate materials for an SCWR are introduced.
Yoon, Jooil;Lee, Hyun Chul;Joo, Han Gyu;Kim, Hyeong Seog
Nuclear Engineering and Technology
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제53권11호
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pp.3543-3562
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2021
The methods and performance of a 3D pin-by-pin neutronics code based on the 2D/1D decoupling method are presented. The code was newly developed as an effort to achieve enhanced accuracy and high calculation performance that are sufficient for the use in practical nuclear design analyses. From the 3D diffusion-based finite difference method (FDM) formulation, decoupled planar formulations are established by treating pre-determined axial leakage as a source term. The decoupled axial problems are formulated with the radial leakage source term. To accelerate the pin-by-pin calculation, the two-level coarse mesh finite difference (CMFD) formulation, which consists of the multigroup node-wise CMFD and the two-group assembly-wise CMFD is implemented. To enhance the accuracy, both the discontinuity factor method and the super-homogenization (SPH) factor method are examined for pin-wise cross-section homogenization. The parallelization is achieved with the OpenMP package. The accuracy and performance of the pin-by-pin calculations are assessed with the VERA and APR1400 benchmark problems. It is demonstrated that pin-by-pin 2D/1D alternating calculations within the two-level 3D CMFD framework yield accurate solutions in about 30 s for the typical commercial core problems, on a parallel platform employing 32 threads.
In this paper, the coupling of fine-mesh computational fluid dynamics (CFD) thermal-hydraulics (TH) code and neutronics code is achieved using the Ansys Fluent User Defined Function (UDF) for code development, including parallel meshing mapping, data computation, and data transfer. Also, some CFD schemes are designed for mesh mapping and data transfer to guarantee physical conservation in the coupling computation. Because there is no rigorous research that gives robust guidance on the various CFD schemes that must be obtained before the fine-mesh coupling computation, this work presents a quantitative analysis of the CFD meshing and mapping schemes to improve the accuracy of the value and location of key physical prediction. Furthermore, the effect of the sub-pin scale coupling computation is also studied. It is observed that even the pin-resolved coupling computation can also create a large deviation in the maximum value and spatial locations, which also proves the significance of the research on mesh mapping and data transfer for CFD code in a coupling computation.
Abu Saleem, Rabie;Radaideh, Majdi I.;Kozlowski, Tomasz
Nuclear Engineering and Technology
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제52권12호
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pp.2709-2716
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2020
Compositions of large nuclear cores (e.g. boiling water reactors) are highly heterogeneous in terms of fuel composition, control rod insertions and flow regimes. For this reason, they usually lack high order of symmetry (e.g. 1/4, 1/8) making it difficult to estimate their neutronic parameters for large spaces of possible loading patterns. A detailed hyperparameter optimization technique (a combination of manual and Gaussian process search) is used to train and optimize deep neural networks for the prediction of three neutronic parameters for the Ringhals-1 BWR unit: power peaking factors (PPF), control rod bank level, and cycle length. Simulation data is generated based on half-symmetry using PARCS core simulator by shuffling a total of 196 assemblies. The results demonstrate a promising performance by the deep networks as acceptable mean absolute error values are found for the global maximum PPF (~0.2) and for the radially and axially averaged PPF (~0.05). The mean difference between targets and predictions for the control rod level is about 5% insertion depth. Lastly, cycle length labels are predicted with 82% accuracy. The results also demonstrate that 10,000 samples are adequate to capture about 80% of the high-dimensional space, with minor improvements found for larger number of samples. The promising findings of this work prove the ability of deep neural networks to resolve high dimensionality issues of large cores in the nuclear area.
OpenMC is a community-driven open-source Monte Carlo neutron and photon transport simulation code. The Weight Window Mesh (WWM) function and an automatic Global Variance Reduction (GVR) method was recently developed and implemented in a developmental branch of OpenMC. This WWM function and GVR method broaden OpenMC's usage in general purposes deep penetration shielding calculations. However, the Local Variance Reduction (LVR) method, which suits the source-detector problem, is still missing in OpenMC. In this work, the Weight Window Generator (WWG) function has been developed and benchmarked for the same branch. This WWG function allows OpenMC to generate the WWM for the source-detector problem on its own. Single-material cases with varying shielding and sources were used to benchmark the WWG function and investigate how to set up the particle histories utilized in WWG-run and WWM-run. Results show that there is a maximum improvement of WWM generated by WWG. Based on the above results, instructions on determining the particle histories utilized in WWG-run and WWM-run for optimal computation efficiency are given and tested with a few multi-material cases. These benchmarks demonstrate the ability of the OpenMC WWG function and the above instructions for the source-detector problem. This developmental branch will be released and merged into the main distribution in the future.
A small power ADS design using thorium oxide and diluent matrix reprocessed fuel is proposed for a high transmutation rate, small reactivity swing, and strong safety features. Two fuel matrices (CERCER and CERMET) and different recycled fuel compositions recovered from UO2 spent fuels with 45 GWd/tU and 60 GWd/tU burnup were investigated to determine the suitable fuel for the ADS. It was found that the transmutation of each isotope depends on TRU initial loading amount. After examining the cores, the results show that CERCER fueled ADS has a negative coolant void reactivity (CVR) and a smaller radiotoxicity at discharge compared to that of CERMET core. It implies that CERCER fuel has enhanced safety features and more flavor in terms of radiotoxicity management. To increase fuel utilization and core operation efficiency, a simple assembly shuffling pattern for the CERCER fueled ADS is also proposed. Eigenvalue and burnup calculations were conducted using Serpent 2 with ENDF/B-VII.0 library in both kcode and external source modes, and it indicates that the results of transmutation analyses obtained by kcode only is reliable to discuss the transmutation potential of ADS. Burnup calculation with the fixed-source mode is essential to be used for more practical results of the transmutation by ADS.
Surian Pinem;Wahid Luthfi;Peng Hong Liem;Donny Hartanto
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1775-1782
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2023
Several reactor physics commissioning experiments were conducted to obtain the neutronic parameters at the beginning of the G.A. Siwabessy Multi-purpose Reactor (RSG-GAS) operation. These parameters are essential for the reactor to safety operate. Leveraging the experimental data, this study evaluated the calculated core reactivity, control rod reactivity worth, integral control rod reactivity curve, and fuel reactivity. Calculations were carried out with Serpent 2 code using the latest neutron cross-section data ENDF/B-VIII.0. The criticality calculations were carried out for the RSG-GAS first core up to the third core configuration, which has been done experimentally during these commissioning periods. The excess reactivity for the second and third cores showed a difference of 510.97 pcm and 253.23 pcm to the experiment data. The calculated integral reactivity of the control rod has an error of less than 1.0% compared to the experimental data. The calculated fuel reactivity value is consistent with the measured data, with a maximum error of 2.12%. Therefore, it can be concluded that the RSG-GAS reactor core model is in good agreement to reproduce excess reactivity, control rod worth, and fuel element reactivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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