SCW-SMR koncepció reaktorfizikai és termohidraulikai vizsgálata Serpent 2, RELAP5 és Apros kódok segítségével
A BME Nukleáris Technikai Intézete 2020-tól kezdődően konzorciumi tagként részt vesz az ECC-SMART projektben, melynek célja egy szuperkritikus vízhűtésű kis moduláris reaktorkoncepció (SCW-SMR) fejlesztése. A projekt hat munkacsoportra (work package, WP) tagolódik. A harmadik munkacsoport (WP3) a koncepció termohidraulikai vizsgálatával, míg a negyedik munkacsoport (WP4) annak reaktorfizikai modellezésével foglalkozik. A dolgozatom a WP3-WP4 együttműködésben végzett RELAP5 és Serpent 2, illetve Apros és Serpent 2 gyengén csatolt reaktorfizikai és termohidraulikai számítássorozat tanulságait mutatja be.
Az SCW-SMR reaktorkoncepció egy jelenleg is fejlesztés alatt álló típus. A zóna 400 vízszintes kazettát tartalmaz, minden kazettában 40 üzemanyagpálca található, melyeknek az aktív hossza 1,68 méter. A reaktortartályon belül moderátor és hűtőközeg régiók különböztethetők meg, melyek térben szeparáltak. A belépő, hidegebb könnyűvíz először moderátor szerepet lát el, majd a hűtési funkciója válik dominánssá. A hűtőközeg alulról felfele halad át a zónán, miközben hét lépésben melegszik fel, amik között keveredésen esik át.
A kampányeleji zónaoptimalizációs számítások eredményeként előállt adatokat (zónatöltet, anyagok, geometria) használtam fel a Serpent 2 modellem elkészítéséhez. Mivel az SCW-SMR zóna termohidraulikai és reaktorfizikai paraméterei erősen csatoltak, így a koncepció egyensúlyi állapotának a meghatározásához csatolt Serpent 2 és RELAP5 számítások kerültek elvégzésre. A Serpent 2 Monte Carlo kódban szükség van az egyes régiók hőmérséklet, illetve sűrűség adataira, amik a RELAP5 kóddal kerültek kiszámításra. Ugyanakkor a RELAP5 kód bemenő adatként kezeli a zónabeli teljesítményeloszlást. A Serpent 2 és RELAP5 közötti iterációs eljárás során 4-5 lépés után sikerült az egyensúlyi állapotot elérni. A konvergencia vizsgálatához a következő paraméterek változása került követésre: teljesítményeloszlás (felmelegedési szintek és kazetták szerint), effektív sokszorozási tényező, a felmelegedési szintenkénti forrócsatorna, illetve átlagos csatorna moderátor-hőmérséklete, moderátorsűrűsége, hűtőközeg-hőmérséklete, hűtőközeg-sűrűsége, valamint ugyanitt az üzemanyag-pasztilla átlagos hőmérséklete.
Míg az iterációhoz alkalmazott RELAP5 modellben felmelegedési szintenként egy átlagos és egy forrócsatorna került modellezésre, a WP3 munkacsoporton belül a reaktorkoncepció egy továbbfejlesztett Apros termohidraulikai rendszerkód-modellje is kidolgozásra került. Az Apros modellben lehetőség van az átlagos és forrócsatornák mellett „hidegcsatorna” felmelegedési szintenkénti figyelembe vételére is. Az Apros és Serpent 2 iterációhoz a Serpent 2 zónamodellt továbbfejlesztettem, továbbá az automatikus inputmódosításhoz, illetve az eredmények feldolgozásához MATLAB szkripteket fejlesztettem.
Dolgozatomban összevetem a RELAP5 és Serpent 2, illetve az Apros és Serpent 2 iterációval kapott eredményeket.
szerző
-
Mészáros Péter
Fizikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Babcsány Boglárka
egyetemi adjunktus, Atomenergetika Tanszék -
Varju Tamás
Tudományos segédmunkatárs, Nukleáris Technika Tanszék
