Jozef Stefan Institute (JSI), TRIGA Mark II reactor employs the homogeneous mixture of uranium and zirconium hydride fuel type. Since its upgrade, a series of fresh fuel steady state experimental benchmarks have been conducted. The benchmark results have provided data for testing computational neutronics codes which are important for reactor design and safety analysis. In this work, we investigated the JSI TRIGA Mark II reactor neutronics characteristics: the effective multiplication factor and two safety parameters, namely the control rod worth and the fuel temperature reactivity coefficient using SuperMC. The modeling and real-time cross section generation methods of SuperMC were evaluated in the investigation. The calculation analysis indicated the following: the effective multiplication factor was influenced by the different cross section data libraries; the control rod worth evaluation was better with Monte Carlo codes; the experimental fuel temperature reactivity coefficient was smaller than calculated results due to change in water temperature. All the results were in good agreement with the experimental values. Hence, SuperMC could be used for the designing and benchmarking of other TRIGA Mark II reactors.
In the development of a Risk Monitor probabilistic safety assessment (PSA) model from the basic PSA model of a nuclear power plant, the modeling of common-cause failure (CCF) is very important. At present, some approximate modeling methods are widely used, but there lacks criterion of modeling accuracy and error analysis. In this paper, aiming at ensuring the accuracy of risk assessment and minimizing the Risk Monitor PSA models size, we present three basic issues of CCF model resulted from the changes of a nuclear power plant configuration, put forward corresponding modeling methods, and derive accuracy criteria of CCF modeling based on minimum cut sets and risk indicators according to the requirements of risk monitoring. Finally, a nuclear power plant Risk Monitor PSA model is taken as an example to demonstrate the effectiveness of the proposed modeling method and accuracy criteria, and the application scope of the idea of this paper is also discussed.
Abdullah O. Albugami;Abdullah S. Alomari;Abdullah I. Almarshad
Nuclear Engineering and Technology
/
v.55
no.9
/
pp.3388-3400
/
2023
Detailed analysis of the neutron pathway through matter inside the nuclear reactor core is exceedingly needed for safety and economic considerations. Due to the constant development of high-performance computing technologies, neutronics analysis using computer codes became more effective and efficient to perform sophisticated neutronics calculations. In this work, a commercial pressurized water reactor (PWR) presented by Virtual Environment for Reactor Applications (VERA) Core Physics Benchmark are modeled and simulated using a high-fidelity simulation of OpenMC code in terms of criticality and fuel pin power distribution. Various problems have been selected from VERA benchmark ranging from a simple two-dimension (2D) pin cell problem to a complex three dimension (3D) full core problem. The development of the code capabilities for reactor physics methods has been implemented to investigate the accuracy and performance of the OpenMC code against VERA SCALE codes. The results of OpenMC code exhibit excellent agreement with VERA results with maximum Root Mean Square Error (RMSE) values of less than 0.04% and 1.3% for the criticality eigenvalues and pin power distributions, respectively. This demonstrates the successful utilization of the OpenMC code as a simulation tool for a whole core analysis. Further works are undergoing on the accuracy of OpenMC simulations for the impact of different fuel types and burnup levels and the analysis of the transient behavior and coupled thermal hydraulic feedback.
A Nuclear Energy Agency (NEA), Organization for Economic Co-operation and Development (OECD) benchmark for Uncertainty Analysis in Modeling (UAM) is defined in order to facilitate the development and validation of available uncertainty analysis and sensitivity analysis methods for best-estimate Light water Reactor (LWR) design and safety calculations. The benchmark has been named the OECD/NEA UAM-LWR benchmark, and has been divided into three phases each of which focuses on a different portion of the uncertainty propagation in LWR multi-physics and multi-scale analysis. Several different reactor cases are modeled at various phases of a reactor calculation. This paper discusses Phase I, known as the "Neutronics Phase", which is devoted mostly to the propagation of nuclear data (cross-section) uncertainty throughout steady-state stand-alone neutronics core calculations. Three reactor systems (for which design, operation and measured data are available) are rigorously studied in this benchmark: Peach Bottom Unit 2 BWR, Three Mile Island Unit 1 PWR, and VVER-1000 Kozloduy-6/Kalinin-3. Additional measured data is analyzed such as the KRITZ LEU criticality experiments and the SNEAK-7A and 7B experiments of the Karlsruhe Fast Critical Facility. Analyzed results include the top five neutron-nuclide reactions, which contribute the most to the prediction uncertainty in keff, as well as the uncertainty in key parameters of neutronics analysis such as microscopic and macroscopic cross-sections, six-group decay constants, assembly discontinuity factors, and axial and radial core power distributions. Conclusions are drawn regarding where further studies should be done to reduce uncertainties in key nuclide reaction uncertainties (i.e.: $^{238}U$ radiative capture and inelastic scattering (n, n') as well as the average number of neutrons released per fission event of $^{239}Pu$).
In-depth convergence analyses for neutronics/thermal-hydraulics (T/H) coupled calculations are performed to investigate the performance of nonlinear methods based on the Fixed-Point Iteration (FPI). A simplified neutronics-T/H coupled system consisting of a single fuel pin is derived to provide a testbed. The xenon equilibrium model is considered to investigate its impact during the nonlinear iteration. A problem set is organized to have a thousand different fuel temperature coefficients (FTC) and moderator temperature coefficients (MTC). The problem set is solved by the Jacobi and Gauss-Seidel (G-S) type FPI. The relaxation scheme and the Anderson acceleration are applied to improve the convergence rate of FPI. The performances of solution schemes are evaluated by comparing the number of iterations and the error reduction behavior. From those numerical investigations, it is demonstrated that the number of FPIs is increased as the feedback is stronger regardless of its sign. In addition, the Jacobi type FPIs generally shows a slower convergence rate than the G-S type FPI. It also turns out that the xenon equilibrium model can cause numerical instability for certain conditions. Lastly, it is figured out that the Anderson acceleration can effectively improve the convergence behaviors of FPI, compared to the conventional relaxation scheme.
This paper presents the neutronics modeling capabilities of the fast reactor simulation system SHARP, which ANL is developing as part of the U.S. DOE's NEAMS program. We discuss the three transport solvers (PN2ND, SN2ND, and MOCFE) implemented in the UNIC code along with the multigroup cross section generation code $MC^2$-3. We describe the solution methods and modeling capabilities, and discuss the improvement needs for each solver, focusing on massively parallel computation. We present the performance test results against various benchmark problems and ZPR-6 and ZPPR critical experiments. We also discuss weak and strong scalability results for the SN2ND solver on the ZPR-6 critical assembly benchmarks.
This paper reviews the fast reactor physics and computational methods. The basic reactor physics specific to fast spectrum reactors are briefly reviewed, focused on fissile material breeding and actinide burning. Design implications and reactivity feedback characteristics are compared between breeder and burner reactors. Some discussions are given to the distinct nuclear characteristics of fast reactors that make the assumptions employed in traditional LWR analysis methods not applicable. Reactor physics analysis codes used for the modeling of fast reactor designs in the U.S. are reviewed. This review covers cross-section generation capabilities, whole-core deterministic (diffusion and transport) and Monte Carlo calculation tools, depletion and fuel cycle analysis codes, perturbation theory codes for reactivity coefficient calculation and cross section sensitivity analysis, and uncertainty analysis codes.
A macroscopic cross section generation model was developed for the conceptual horizontal, compact high temperature gas reactor (HC-HTGR). Because there are many sources of spectral effects in the design and analysis of the core, conventional LWR methods have limitations for accurate simulation of the HC-HTGR using a neutron diffusion core neutronics simulator. Several super-cell model configurations were investigated to consider the spectral effect of neighboring cells. A new history variable was introduced for the existing library format to more accurately account for the history effect from neighboring nodes and reactivity control drums. The macroscopic cross section library was validated through comparison with cross sections generated using full core Monte Carlo models and single cell cross section for both 3D core steady-state problems and 2D and 3D depletion problems. Core calculations were then performed with the AGREE HTR neutronics and thermal-fluid core simulator using super-cell cross sections. With the new history variable, the super-cell cross sections were in good agreement with the full core cross sections even for problems with significant spectrum change during fuel shuffling and depletion.
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.
Lixun Liu;Han Zhang;Yingjie Wu;Baokun Liu;Jiong Guo;Fu Li
Nuclear Engineering and Technology
/
v.55
no.1
/
pp.310-323
/
2023
The k-eigenvalue neutronics/thermal-hydraulics coupling calculation is a key issue for reactor design and analysis. Jacobian-free Newton-Krylov (JFNK) method, featured with super-linear convergence rate and high efficiency, has been attracting more and more attention to solve the multi-physics coupling problem. However, it may converge to the high-order eigenmode because of the multiple solutions nature of the k-eigenvalue form of multi-physics coupling issue. Based on our previous work, a modified JFNK with a line search method is proposed in this work, which can find the fundamental eigenmode together with thermal-hydraulics feedback in a wide range of initial values. In detail, the existing modified JFNK method is combined with the line search strategy, so that the intermediate iterative solution can avoid a sudden divergence and be adjusted into a convergence basin smoothly. Two simplified 2-D homogeneous reactor models, a PWR model, and an HTR model, are utilized to evaluate the performance of the newly proposed JFNK method. The results show that the performance of this proposed JFNK is more robust than the existing JFNK-based methods.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.