This paper presents the development of a nodal diffusion code, RAST-V, and its verification and validation for VVER (vodo-vodyanoi energetichesky reactor) analysis. A VVER analytic solver has been implemented in an in-house nodal diffusion code, RAST-K. The new RAST-K version, RAST-V, uses the triangle-based polynomial expansion nodal method. The RAST-K code provides stand-alone and two-step computation modes for steady-state and transient calculations. An in-house lattice code (STREAM) with updated features for VVER analysis is also utilized in the two-step method for cross-section generation. To assess the calculation capability of the formulated analysis module, various verification and validation studies have been performed with Rostov-II, and X2 multicycles, Novovoronezh-4, and the Atomic Energy Research benchmarks. In comparing the multicycle operation, rod worth, and integrated temperature coefficients, RAST-V is found to agree with measurements with high accuracy which RMS differences of each cycle are within ±47 ppm in multicycle operations, and ±81 pcm of the rod worth of the X2 reactor. Transient calculations were also performed considering two different rod ejection scenarios. The accuracy of RAST-V was observed to be comparable to that of conventional nodal diffusion codes (DYN3D, BIPR8, and PARCS).
Multigroup cross section (MG XS) generation by the UNIST in-house Monte Carlo (MC) code MCS for fast reactor analysis using nodal diffusion codes is reported. The feasibility of the approach is quantified for two sodium fast reactors (SFRs) specified in the OECD/NEA SFR benchmark: a 1000 MWth metal-fueled SFR (MET-1000) and a 3600 MWth oxide-fueled SFR (MOX-3600). The accuracy of a few-group XSs generated by MCS is verified using another MC code, Serpent 2. The neutronic steady-state whole-core problem is analyzed using MCS/RAST-K with a 24-group XS set. Various core parameters of interest (core keff, power profiles, and reactivity feedback coefficients) are obtained using both MCS/RAST-K and MCS. A code-to-code comparison indicates excellent agreement between the nodal diffusion solution and stochastic solution; the error in the core keff is less than 110 pcm, the root-mean-square error of the power profiles is within 1.0%, and the error of the reactivity feedback coefficients is within three standard deviations. Furthermore, using the super-homogenization-corrected XSs improves the prediction accuracy of the control rod worth and power profiles with all rods in. Therefore, the results demonstrate that employing the MCS MG XSs for the nodal diffusion code is feasible for high-fidelity analyses of fast reactors.
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.
In this paper, a new three-dimensional nodal diffusion code which is based on the AFEN methodology is described and tested. The method expands the homogeneous flux within a node in ter-ms of eighteen analytic basis functions satisfying the diffusion equation at any point of the node. And the nodal coupling equations are derived such that nodal balance, current continuity and leakage balance within an infinitesimally small box around the edge are satisfied. To verify its accuracy, the code was applied to the well-known static LMW benchmark problem and a small core benchmark problem that has the same material properties as the three-dimensional IAEA benchmark problem and compared with two other codes (QUANDRY, VENTURE). The results show that the code provides good accuracy both in the power distribution and in the effective multiplication factor.
CEFR is a small core-size sodium-cooled fast reactor (SFR) using high enrichment fuel with stainless-steel reflectors, which brings a significant challenge to the deterministic methodologies due to the strong spectral effect. The neutronic simulation of the start-up experiments conducted at the CEFR have been performed with a deterministic code system RAST-F, which is based on the two-step approach that couples a multi-group cross-section generation Monte-Carlo (MC) code and a multi-group nodal diffusion solver. The RAST-F results were compared against the measurement data. Moreover, the characteristic of neutron spectrum in the fuel rings, and adjacent reflectors was evaluated using different models for generation of accurate nuclear libraries. The numerical solution of RAST-F system was verified against the full core MC solution MCS at all control rods fully inserted and withdrawn states. A good agreement between RAST-F and MCS solutions was observed with less than 120 pcm discrepancies and 1.2% root-mean-square error in terms of keff and power distribution, respectively. Meanwhile, the RAST-F result agreed well with the experimental values within two-sigma of experimental uncertainty. The good agreement of these results indicating that RAST-F can be used to neutronic steady-state simulations for small core-size SFR, which was challenged to deterministic code system.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.131-136
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1996
An analytic nodal expansion method has been derived for the multigroup neutron diffusion equation in 2-D cylindrical(R-Z) coordinate. In this method we used the second order Legendre polynomials for source, and transverse leakage, and then the diffusion eqaution was solved analytically. This formalism has been applied to 2-D LWR model. $textsc{k}$$_{eff}$, power distribution, and computing time have been compared with those of ADEP code(finite difference method). The benchmark showed that the analytic nodal expansion method in R-Z coordinate has good accuracy and quite faster than the finite difference method. This is another merit of using R-Z coordinate in that the transverse integration over surfaces is better than the linear integration over length. This makes the discontinuity factor useless.s.
Alnaqbi, Jwaher;Hartanto, Donny;Alnuaimi, Reem;Imron, Muhammad;Gillette, Victor
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.2
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pp.764-769
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2022
The United Arab Emirates is currently building and operating four units of the APR-1400 developed by a South Korean vendor, Korea Electric Power Corporation (KEPCO). This paper attempts to perform APR-1400 reactor core analysis by using the well-known two-step method. The two-step method was applied to the APR-1400 first cycle using the open-source nodal diffusion code, KOMODO. In this study, the group constants were generated using CASMO-4 fuel transport lattice code. The simulation was performed in Hot Zero Power (HZP) at steady-state and transient conditions. Some typical parameters necessary for the Nuclear Design Report (NDR) were evaluated in this paper, such as effective neutron multiplication factor, control rod worth, and critical boron concentration for steady-state analysis. Other parameters such as reactivity insertion, power, and fuel temperature changes during the Reactivity Insertion Accident (RIA) simulation were evaluated as well. The results from KOMODO were verified using PARCS and SIMULATE-3 nodal core simulators. It was found that KOMODO gives an excellent agreement.
Kim, Ha-Yong;Kim, Kyo-Youn;Oh, Cho-Byung;Lee, Chung-Chan;Zee, Sung-Quun
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1999.05a
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pp.22-22
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1999
The HELlOS-MASTER code system is verified through the benchmark of the critical experiments that were performed by RRC "Kurchatov Institute" with water-moderated hexagonally pitched lattices of highly enriched Uranium fuel rods (8Ow/o). We also used the same input by using the MCNP code that was described in the evaluation report, and compared our results with those of the evaluation report. HELlOS, developed by Scandpower A/S, is a two-dimensional transport program for the generation of group cross-sections, and MASTER, developed by KAERI, is a three-dimensional nuclear design and analysis code based on the two-group diffusion theory. It solves neutronics model with the AFEN (Analytic Function Expansion Nodal) method for hexagonal geometry. The results show that the HELIOSMASTER code system is fast and accurate enough to be used as nuclear core analysis tool for hexagonal geometry.ometry.
A Jacobian-Free Newton Krylov Two-Nodal Coarse Mesh Finite Difference algorithm based on Nodal Expansion Method (NEM_TNCMFD_JFNK) is successfully developed and proposed to solve the three-dimensional (3D) and multi-group reactor physics models. In the NEM_TNCMFD_JFNK method, the efficient JFNK method with the Modified Incomplete LU (MILU) preconditioner is integrated and applied into the discrete systems of the NEM-based two-node CMFD method by constructing the residual functions of only the nodal average fluxes and the eigenvalue. All the nonlinear corrective nodal coupling coefficients are updated on the basis of two-nodal NEM formulation including the discontinuity factor in every few newton steps. All the expansion coefficients and interface currents of the two-node NEM need not be chosen as the solution variables to evaluate the residual functions of the NEM_TNCMFD_JFNK method, therefore, the NEM_TNCMFD_JFNK method can greatly reduce the number of solution variables and the computational cost compared with the JFNK based on the conventional NEM. Finally the NEM_TNCMFD_JFNK code is developed and then analyzed by simulating the representative PWR MOX/UO2 core benchmark, the popular NEACRP 3D core benchmark and the complicated full-core pin-by-pin homogenous core model. Numerical solutions show that the proposed NEM_TNCMFD_JFNK method with the MILU preconditioner has the good numerical accuracy and can obtain higher computational efficiency than the NEM-based two-node CMFD algorithm with the power method in the outer iteration and the Krylov method using the MILU preconditioner in the inner iteration, which indicates the NEM_TNCMFD_JFNK method can serve as a potential and efficient numerical tool for reactor neutron diffusion analysis module in the JFNK-based multiphysics coupling application.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.21-27
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1996
KAERI has recently developed the nuclear design code MASTER for the application to reactor physics analyses for pressurized water reactors. Its neutronics model solves the space-time dependent neutron diffusion equations with the advanced nodal methods. The major calculation categories of MASTER consist of microscopic depletion, steady-state and transient solution, xenon dynamics, adjoint solution and pin power and burnup reconstruction. The MASTER validation analyses, which are in progress aiming to submit the Uncertainty Topical Report to KINS in the first half of 1996, include global reactivity calculations and detailed pin-by-pin power distributions as well as in-core detector reaction rate calculations. The objective of this paper is to give an overall description of the CASMO/MASTER code system whose verification results are in details presented in the separate papers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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