JP7349379B2 - Fuel rod output analysis method, analysis device, and fuel rod output analysis program - Google Patents
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Description
本開示は、燃料棒出力の解析方法、解析装置及び燃料棒出力の解析プログラムに関するものである。 The present disclosure relates to a fuel rod output analysis method, an analysis device, and a fuel rod output analysis program.
従来、燃料集合体が装荷される炉心の解析を実行する解析装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。解析装置では、燃料集合体の核定数計算を行うことで、炉心計算の入力データとなる燃料集合体の核定数を算出し、算出した核定数に基づいて炉心計算を行うことで、炉心の核特性を算出している。 BACKGROUND ART Analyzers that perform analysis of a reactor core loaded with fuel assemblies are conventionally known (for example, see Patent Document 1). The analysis device calculates the nuclear constant of the fuel assembly, which is the input data for the core calculation, by calculating the nuclear constant of the fuel assembly, and performs the core calculation based on the calculated nuclear constant. Characteristics are being calculated.
特許文献1では、計算精度を悪化させることなく、計算負荷の増大を抑制すべく、核定数計算において、多群のエネルギー群を群縮約して、少数群とし、少数群に基づく中性子輸送計算を実行している。
In
ところで、炉心としては、例えば、高速中性子によって核分裂反応を発生させる高速炉がある。高速炉は、装荷される燃料集合体の周囲に遮蔽材を配置している。高速炉の遮蔽材として、中性子減速能力の高い軽核から構成される酸化マグネシウム(MgO)を含む遮蔽材を用いる場合、遮蔽材は、中性子を減速して反射することから、反射された中性子は熱中性子となり、遮蔽材に近い燃料集合体の燃料棒は、核分裂反応が生じ易いものとなる。このような炉心を解析する場合、遮蔽材に近い燃料集合体の燃料棒の挙動を精度良く考慮する必要があるものの、多群のエネルギー群による炉心解析を実行する場合、高速炉では一般的に影響の小さい低エネルギー領域(<100eV)における核定数及び核特性の取り扱いに起因して解析結果が数値的に安定せず、燃料棒の挙動を精度良く模擬することが困難な場合があった。 By the way, as a reactor core, for example, there is a fast reactor that generates a nuclear fission reaction using fast neutrons. A fast reactor has a shielding material placed around the fuel assembly to be loaded. When using a shielding material containing magnesium oxide (MgO), which is composed of light nuclei with high neutron moderating ability, as a fast reactor shielding material, the shielding material slows down and reflects neutrons, so the reflected neutrons This becomes a thermal neutron, and the fuel rods of the fuel assembly that are close to the shielding material are susceptible to nuclear fission reactions. When analyzing such a core, it is necessary to accurately consider the behavior of the fuel rods in the fuel assembly near the shielding material, but when performing core analysis using multiple energy groups, it is generally Due to the handling of nuclear constants and nuclear properties in the low-energy region (<100 eV) where the influence is small, the analysis results were not numerically stable, and it was sometimes difficult to accurately simulate the behavior of the fuel rods.
そこで、本開示は、高速炉において、燃料集合体の周囲に軽い核種を含む遮蔽材が配置される場合であっても、燃料棒の局所出力を安定的に精度よく解析することができる燃料棒出力の解析方法、解析装置及び燃料棒出力の解析プログラムを提供することを課題とする。 Therefore, the present disclosure provides a fuel rod that can stably and accurately analyze the local output of the fuel rod even when a shielding material containing light nuclides is placed around the fuel assembly in a fast reactor. The object of the present invention is to provide an output analysis method, an analysis device, and a fuel rod output analysis program.
本開示の燃料棒出力の解析方法は、高速炉に装荷される燃料集合体の燃料棒の局所出力を、解析モデルを用いて解析する解析装置において実行される燃料棒出力の解析方法において、前記解析モデルは、前記燃料集合体と、前記燃料集合体の周囲に設けられる遮蔽材と、を含むモデルとなっており、前記燃料集合体の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体の形状関数を算出し、前記形状関数を多群よりも少ない少数群に群縮約するステップと、前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップと、群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体の均質中性子束を算出するステップと、群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力を算出するステップと、を備える。 A fuel rod output analysis method of the present disclosure is a fuel rod output analysis method executed in an analysis device that analyzes the local output of a fuel rod of a fuel assembly loaded in a fast reactor using an analytical model. The analytical model includes the fuel assembly and a shielding material provided around the fuel assembly, and calculates the nuclear constant of the fuel assembly to determine the Calculating a shape function of a fuel assembly and group reduction of the shape function to a few groups smaller than many groups; and performing core calculations of the fast reactor to determine boundaries regarding neutron flux in the energy groups of the multiple groups. calculating a condition and group reducing the boundary condition to the minority group; calculating a homogeneous neutron flux of the fuel assembly based on the boundary condition after the group reduction; and after the group reduction. and calculating the local power of the fuel rod based on the shape function of the fuel rod and the homogeneous neutron flux.
本開示の解析装置は、高速炉に装荷される燃料集合体の燃料棒の局所出力を、解析モデルを用いて解析する処理部を備える解析装置において、前記解析モデルは、前記燃料集合体と、前記燃料集合体の周囲に設けられる遮蔽材と、を含むモデルとなっており、前記処理部は、前記燃料集合体の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体の形状関数を算出し、前記形状関数を多群よりも少ない少数群に群縮約するステップと、前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップと、群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体の均質中性子束を算出するステップと、群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力を算出するステップと、を実行する。 An analysis device of the present disclosure includes a processing unit that uses an analysis model to analyze the local power of a fuel rod of a fuel assembly loaded in a fast reactor, wherein the analysis model includes the fuel assembly, The model includes a shielding material provided around the fuel assembly, and the processing unit calculates the nuclear constant of the fuel assembly and determines the shape of the fuel assembly in multiple energy groups. calculating a function and group-reducing the shape function to a few groups smaller than the many groups; and calculating a core calculation of the fast reactor to calculate a boundary condition regarding neutron flux in the energy group of the multiple groups; a step of group-reducing the boundary conditions to the minority group; a step of calculating a homogeneous neutron flux of the fuel assembly based on the boundary conditions after group reduction; and a step of group-reducing the shape function after group reduction. calculating the local power of the fuel rod based on the homogeneous neutron flux.
本開示の燃料棒出力の解析プログラムは、高速炉に装荷される燃料集合体の燃料棒の局所出力を、解析モデルを用いて解析する解析装置に実行させる燃料棒出力の解析プログラムにおいて、前記解析モデルは、前記燃料集合体と、前記燃料集合体の周囲に設けられる遮蔽材と、を含むモデルとなっており、前記燃料集合体の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体の形状関数を算出し、前記形状関数を多群よりも少ない少数群に群縮約するステップと、前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップと、群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体の均質中性子束を算出するステップと、群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力を算出するステップと、を実行させる。 The fuel rod output analysis program of the present disclosure is a fuel rod output analysis program that causes an analysis device to analyze the local output of a fuel rod of a fuel assembly loaded in a fast reactor using an analytical model. The model includes the fuel assembly and a shielding material provided around the fuel assembly, and calculates the nuclear constant of the fuel assembly to determine the fuel in multiple energy groups. Calculating the shape function of the aggregate and group-reducing the shape function to a few groups smaller than the many groups, and calculating the core of the fast reactor to determine the boundary conditions regarding the neutron flux in the energy group of the multiple groups. calculating the homogeneous neutron flux of the fuel assembly based on the boundary conditions after the group reduction, and calculating the homogeneous neutron flux of the fuel assembly after the group reduction. calculating the local power of the fuel rod based on the shape function and the homogeneous neutron flux.
本開示によれば、高速炉において、燃料集合体の周囲に軽い核種を含む遮蔽材が配置される場合であっても、燃料棒の局所出力を安定的に精度よく解析することができる。 According to the present disclosure, even when a shielding material containing light nuclides is arranged around a fuel assembly in a fast reactor, the local output of a fuel rod can be stably and precisely analyzed.
以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。 Embodiments according to the present disclosure will be described in detail below based on the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. Furthermore, the constituent elements in the embodiments described below include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be combined as appropriate, and if there are multiple embodiments, it is also possible to combine each embodiment.
[本実施形態]
本実施形態に係る燃料棒出力の解析方法及び解析装置では、前段となる核定数計算と、後段となる炉心計算との2段階に分けて計算を行うことで、高速炉に装荷される燃料集合体の燃料棒の局所出力を評価している。なお、高速炉としては、例えば、高速増殖炉に適用してもよいし、専焼炉に適用してもよく、特に限定されない。先ず、燃料棒出力の解析に関する説明に先立ち、図1及び図2を参照して、解析対象となる高速炉の解析モデルについて説明する。
[This embodiment]
In the fuel rod output analysis method and analysis device according to the present embodiment, the fuel assembly loaded in the fast reactor is calculated by dividing the calculation into two stages: nuclear constant calculation, which is the first stage, and core calculation, which is the second stage. The local power output of the fuel rods in the body is being evaluated. Note that the fast reactor is not particularly limited, and may be applied to, for example, a fast breeder reactor or a dedicated furnace. First, prior to explaining the analysis of fuel rod output, an analytical model of a fast reactor to be analyzed will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本実施形態の解析装置において用いられる解析モデルの図である。図2は、解析モデルに設定されるメッシュに関する説明図である。図1に示すように、解析モデルは、一例の解析モデルとなっており、高速炉の炉心5を簡易的に模擬したモデルとなっている。解析モデルMは、複数の燃料集合体6と、燃料集合体6の周囲に設けられる遮蔽材7とを含むモデルとなっている。
FIG. 1 is a diagram of an analysis model used in the analysis apparatus of this embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram regarding the mesh set in the analytical model. As shown in FIG. 1, the analytical model is an example of an analytical model, and is a model that simply simulates the
各燃料集合体6は、図示しない燃料棒が複数束ねて収容されている。図1に示すように燃料集合体6は、断面六角形状に形成されている。燃料集合体6は、中心側から外側に向かって、内側燃料と、外側燃料と、ブランケット燃料と、遮蔽材とが配置されている。なお、図1に示す解析モデルMでは、燃料集合体6の周囲に、断面六角形状の遮蔽材7を設けたモデルとなっている。
Each
また、図1及び図2に示すように、この解析モデルMの燃料集合体6には、燃料集合体6の内部空間を分割するためのメッシュ9が設定されている。メッシュ9は、燃料集合体6が断面六角形状となっていることから、燃料集合体6の内部に充填可能な形状である三角形状となっている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a
遮蔽材7は、酸化マグネシウム(MgO)を含む遮蔽材となっている。酸化マグネシウム(MgO)を含む遮蔽材7は、高速炉内における高速中性子を減速して反射している。反射した高速中性子は、低エネルギー領域に減速される。
The
次に、図3を参照して、解析装置10について説明する。図3は、本実施形態に係る解析装置を模式的に表した概略構成図である。解析装置10は、各種プログラムを実行して解析処理を実行可能な処理部11と、各種プログラムおよびデータを記憶する記憶部12と、キーボード等の入力デバイスで構成された入力部13と、モニタ等の出力デバイスで構成された出力部14とを有している。なお、解析装置10は、単体の装置で構成してもよいし、後述する炉心解析装置20と一体の装置としてもよいし、演算装置及びデータサーバ等を組み合わせた複数の装置で構成してもよく、特に限定されない。
Next, the
記憶部12には、各種プログラムとして、核定数を算出するために用いられる核定数計算コードC1、核特性を算出するために用いられる炉心計算コードC2、燃料棒の局所出力を解析するための解析プログラム(燃料棒出力の解析プログラム)P1等が記憶されている。 The storage unit 12 stores various programs such as a nuclear constant calculation code C1 used to calculate nuclear constants, a core calculation code C2 used to calculate nuclear properties, and an analysis for analyzing local power of fuel rods. A program (a fuel rod output analysis program) P1 and the like are stored.
核定数計算コードC1は、燃料集合体6に関する諸元データや、断面積ライブラリから取得されるミクロ断面積を入力値とし、このミクロ断面積に基づいて、共鳴計算、中性子輸送計算、燃焼計算及び集合体(核定数)計算等の各種計算を行っている。なお、諸元データとしては、例えば、燃料棒の半径、集合体間ギャップ、燃料組成、燃料温度や冷却材温度等である。
The nuclear constant calculation code C1 uses the specification data regarding the
核定数計算コードC1は、燃料集合体6を軸方向に直交する面で切った断面となる六角形の幾何形状を二次元の解析対象領域としており、この解析対象領域における核定数を算出可能なコードとなっている。なお、核定数は、炉心計算コードC2に用いられる入力値となっており、核定数としては、吸収断面積、除去断面積、生成断面積などがある。つまり、核定数計算コードC1を用いて集合体計算を行うことにより、炉心計算用の入力値である核定数を生成している。
The nuclear constant calculation code C1 uses a hexagonal geometric shape, which is a cross section of the
炉心計算コードC2は、燃料集合体6を軸方向に複数に分割して三角柱形状の小体積となる燃料ノード(図示省略)に、算出された核定数をそれぞれ設定して炉心計算を行っている。複数の燃料ノードは、炉心5を表現しており、炉心計算コードC2は、炉心計算を行うことにより、出力分布、実効増倍率、反応度係数等の炉心内の核特性を評価可能なコードとなっている。
The core calculation code C2 performs core calculations by dividing the
次に、図4及び図5を参照して、燃料棒の局所出力を算出する燃料棒出力の解析方法について説明する。図4は、燃料棒の局所出力の算出に関する説明図である。図5は、本実施形態に係る燃料棒出力の解析方法に関するフローチャートである。 Next, a fuel rod output analysis method for calculating the local output of a fuel rod will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is an explanatory diagram regarding calculation of local power of a fuel rod. FIG. 5 is a flowchart regarding a method for analyzing fuel rod output according to this embodiment.
高速炉に装荷される燃料集合体の燃料棒の局所出力は、図4に示すように、集合体内の燃料棒出力の分布に関する形状関数Fと、高速炉の炉心5における均質中性子束φとの積により、燃料棒の局所出力Pが算出される。ここで、高速炉における燃料棒の局所出力Pを算出する場合、中性子のエネルギーを、複数のエネルギー群に分割している。そして、エネルギー群毎に算出した燃料棒の出力を足し合わせることで、燃料棒の局所出力Pを算出している。
As shown in Fig. 4, the local power of the fuel rods in the fuel assembly loaded in the fast reactor is determined by the shape function F regarding the distribution of the fuel rod power in the assembly and the homogeneous neutron flux φ in the
以下、図5を参照して、燃料棒の局所出力を算出する燃料棒出力の解析方法について具体的に説明する。先ず、処理部11は、核定数計算コードC1を用いて、燃料集合体6の核定数計算を行って、多群のエネルギー群gにおける燃料集合体6の形状関数Fg(x,y)を算出し、形状関数を多群よりも少ない少数群G(g∈G)における形状関数F(=FFG(x,y))に群縮約する(ステップS1)。ここで、多群のエネルギー群の群数は、例えば、70群となっており、少数群のエネルギー群数は、例えば、7群となっている。
Hereinafter, with reference to FIG. 5, a fuel rod output analysis method for calculating the local output of a fuel rod will be specifically described. First, the
次に、処理部11は、炉心計算コードC2を用いて、炉心5の炉心計算を行って、多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、境界条件を少数群に群縮約する(ステップS2)。ステップS2において算出される境界条件は、図2に示すように、三角形状のメッシュ9の3つの頂点における中性子束(φ1
vtx、φ2
vtx、φ3
vtx)と、各頂点間の3つの辺における中性子流(J1
net、J2
net、J3
net)とを含んでいる。ステップS2では、境界条件が、多群のエネルギー群毎に算出される。そして、ステップS2では、多群のエネルギー群毎に算出された境界条件を、少数群に群縮約する。なお、図2中には、メッシュ9の各頂点の位置座標が図示されている。
Next, the
続いて、処理部11は、群縮約後の境界条件に基づいて、燃料集合体6の均質中性子束を例えば(1)式から算出する(ステップS3)。
φG(x,y)=c1
G+c2
Gx+c3
Gy+c4
Gx2+c5
Gxy+c6
Gy2・・・(1)
φG(x,y):座標x,yの中性子束
cn
G(n=1~6):エネルギーG群、n項目の係数
x,y:集合体内座標
Subsequently, the
φ G (x, y)=c 1 G + c 2 G x + c 3 G y + c 4 G x 2 + c 5 G xy + c 6 G y 2 ... (1)
φ G (x, y): Neutron flux at coordinates x, y c n G (n=1 to 6): Energy G group, coefficients of n items x, y: Coordinates within the assembly
そして、処理部11は、群縮約後の形状関数F(=FFG(x,y))と均質中性子束φ(=φG(x,y))とに基づいて、エネルギー群G毎に燃料棒の出力を算出し、エネルギー群G毎に算出した燃料棒の出力を足し合わせることで、燃料棒の局所出力Pを(2)式から算出する(ステップS4)。
P(x,y)=Σ{FFG(x,y)・ΣfφG(x,y)} ・・・(2)
Σf:核定数(核分裂断面積)
φG(x,y):均質中性子束
Then, the
P (x, y) = Σ {FF G (x, y)・Σ f φ G (x, y)} ... (2)
Σ f : Nuclear constant (fission cross section)
φ G (x, y): Homogeneous neutron flux
次に、燃料棒の局所出力Pの解析結果について説明する。解析結果としては、参照解と群縮約されていない従来の燃料棒の局所出力とを比較したときの差異、及び参照解と群縮約した本開示の燃料棒の局所出力Pとを比較したときの差異を用いている。 Next, the analysis results of the local power P of the fuel rod will be explained. The analysis results include the difference when comparing the local output of the reference solution and the conventional fuel rod that has not been group-reduced, and the difference between the reference solution and the local output P of the fuel rod of the present disclosure that has been group-reduced. It uses the difference in time.
また、上記の解析結果は、酸化マグネシウム(MgO)を含む遮蔽材7に隣接した燃料集合体6の燃料棒出力分布を算出した結果となっている。群縮約した本開示の燃料棒の局所出力Pは、群縮約していない従来の燃料棒の局所出力Pと比べると、参照解との差異の最大値が約20%から約5%に、差異の標準偏差が約3%から約1%に低減される結果が得られた。
Moreover, the above analysis results are the results of calculating the fuel rod power distribution of the
換言すれば、少数群は、群縮約後に算出される燃料棒の局所出力Pが、参照解に対する差異を低減するように設定したものとなっている。 In other words, the minority group is set such that the local power P of the fuel rod calculated after group contraction reduces the difference with respect to the reference solution.
なお、少数群の分け方については、上記の分け方に特に限定されない。下記する分け方により、多群のエネルギー群を少数群に分けてもよい。 Note that the method of dividing into minority groups is not particularly limited to the above method of division. A large number of energy groups may be divided into a small number of groups according to the division method described below.
少数群の分け方の作成例1として、高速炉の典型的な断面積データ(横軸をエネルギーとし、縦軸を断面積とする)を描き、断面積の大きさを考慮しつつ、70群のエネルギー群を、所定の群間で分けて、所定の群数となるように、工学的に決めてもよい。 As example 1 of how to divide a small number of groups, we draw typical cross-sectional area data for a fast reactor (the horizontal axis is energy and the vertical axis is cross-sectional area), and while considering the size of the cross-sectional area, 70 groups are drawn. The energy groups may be divided into predetermined groups so that the number of groups becomes a predetermined number.
また、少数群の分け方の作成例2として、総当たりにより、70群のエネルギー群を、複数パターンとなる少数群に分ける。一方で、高速炉の炉心設計において想定される中性子スペクトルの範囲を包絡するように、検証用の多数の炉心体系を作成する。各パターンの少数群に対し、各炉心体系において、上記の解析方法により、燃料棒の局所出力Pを評価し、より幅広い炉心体系で参照解との差異が小さくなる、少数群群のパターンを1個だけ選定する。 In addition, as a second example of how to divide into small groups, 70 energy groups are divided into small groups with a plurality of patterns by round robin. On the other hand, a large number of core systems for verification will be created to cover the range of neutron spectra expected in fast reactor core design. For each small group of patterns, in each core system, the local power P of the fuel rod is evaluated using the analysis method described above, and the pattern of the small group of groups that reduces the difference from the reference solution in a wider core system is determined as one. Select only one item.
また、少数群の分け方の作成例3として、作成例2のように、1個のパターンの少数群に限定せず、炉心体系における中性子スペクトルの条件に応じて、複数のパターンの中から、適切なパターンとなる少数群に切り替えてもよい。 In addition, as a creation example 3 of how to divide a minority group, it is not limited to a minority group of one pattern as in creation example 2, but it is possible to select from among multiple patterns according to the conditions of the neutron spectrum in the reactor core system. You may switch to a smaller group that provides an appropriate pattern.
また、少数群の分け方の作成例4として、高速炉の典型的な中性子スペクトルの条件を模擬した非均質となる単一の集合体(核定数)計算を実行し、多群のエネルギー群gごとの集合体平均中性子束φavg(g)及び集合体表面中性子束φsuf(g)を算出する。集合体平均中性子束φavg(g)、集合体表面中性子束φsuf(g)をそれぞれ、縮約後の第G群(g∈G)に対して群縮約し、両者の比である集合体不連続因子DF(G)(=φsuf(g)/φavg(g))を算出する。縮約後の少群の各エネルギー群Gに対し、集合体不連続因子DF(G)が、所定のしきい値DF(Limit)以下となるように、縮約後の群数・群構造を決める。この場合、DFが1から大きく離れるほど均質化誤差が大きくなるため、作成例4では、均質化誤差を緩和するように群構造を決定できる。 In addition, as an example 4 of how to divide a minority group, we performed a calculation of a single non-homogeneous aggregate (nuclear constant) simulating the typical neutron spectrum conditions of a fast reactor, and The aggregate average neutron flux φ avg (g) and aggregate surface neutron flux φ suf (g) for each aggregate are calculated. The ensemble average neutron flux φ avg (g) and the ensemble surface neutron flux φ suf (g) are group-reduced to the G-th group (g∈G) after reduction, and a set that is the ratio of the two is obtained. The field discontinuity factor DF(G) (=φ suf (g)/φ avg (g)) is calculated. For each energy group G of the small group after reduction, the number of groups and group structure after reduction are determined so that the aggregate discontinuity factor DF(G) is equal to or less than a predetermined threshold value DF(Limit). decide. In this case, the homogenization error increases as DF deviates from 1, so in creation example 4, the group structure can be determined so as to alleviate the homogenization error.
以上のように、本実施形態に記載の燃料棒出力の解析方法、解析装置10及び燃料棒出力の解析プログラムP1は、例えば、以下のように把握される。
As described above, the fuel rod output analysis method,
第1の態様に係る燃料棒出力の解析方法は、高速炉に装荷される燃料集合体6の燃料棒の局所出力Pを、解析モデルMを用いて解析する解析装置10において実行される燃料棒出力の解析方法において、前記解析モデルMは、前記燃料集合体6と、前記燃料集合体6の周囲に設けられる遮蔽材7と、を含むモデルとなっており、前記燃料集合体6の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体6の形状関数Fを算出し、前記形状関数Fを多群よりも少ない少数群に群縮約するステップS1と、前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップS2と、群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体6の均質中性子束φを算出するステップS3と、群縮約後の前記形状関数Fと前記均質中性子束φとに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力Pを算出するステップS4と、を備える。
The fuel rod output analysis method according to the first aspect is performed in a fuel
この構成によれば、高速炉において、燃料集合体6の周囲に遮蔽材7が配置される場合であっても、燃料棒の局所出力Pを安定的に精度よく解析することができる。
According to this configuration, even if the shielding
第2の態様として、前記少数群は、群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて算出される前記燃料棒の前記局所出力が、参照解に対する差異が所定の範囲に収まるように、前記多群のエネルギー群を、前記少数群に分けたものとなっている。 As a second aspect, the minority group is configured such that the local output of the fuel rod calculated based on the shape function after group contraction and the homogeneous neutron flux has a difference with respect to a reference solution within a predetermined range. Thus, the multiple energy groups are divided into the few energy groups.
この構成によれば、差異が所定の範囲に収まるように、多群のエネルギー群を少数群に分けて、群縮約を行うことができる。 According to this configuration, it is possible to perform group contraction by dividing a large number of energy groups into a small number of groups so that the difference falls within a predetermined range.
第3の態様として、前記多群のエネルギー群の群数は、70群であり、前記少数群の群数は、7群である。 As a third aspect, the number of energy groups in the multiple groups is 70 groups, and the number of energy groups in the minority group is 7 groups.
この構成によれば、多群のエネルギー群を適切な群数となる少数群に分けて、群縮約を行うことができる。 According to this configuration, group contraction can be performed by dividing a large number of energy groups into a small number of groups having an appropriate number of groups.
第4の態様として、前記遮蔽材は、酸化マグネシウム(MgO)を含む。 As a fourth aspect, the shielding material includes magnesium oxide (MgO).
この構成によれば、遮蔽材7に酸化マグネシウムを含む場合であっても、燃料棒の局所出力Pを安定的に精度よく解析することができる。
According to this configuration, even if the shielding
第5の態様に係る解析装置10は、高速炉に装荷される燃料集合体6の燃料棒の局所出力Pを、解析モデルMを用いて解析する処理部11を備える解析装置10において、前記解析モデルMは、前記燃料集合体6と、前記燃料集合体6の周囲に設けられる遮蔽材7と、を含むモデルとなっており、前記処理部11は、前記燃料集合体6の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体6の形状関数Fを算出し、前記形状関数Fを多群よりも少ない少数群に群縮約するステップS1と、前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップS2と、群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体6の均質中性子束φを算出するステップS3と、群縮約後の前記形状関数Fと前記均質中性子束φとに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力Pを算出するステップS4と、を実行する。
An
この構成によれば、高速炉において、燃料集合体6の周囲に遮蔽材7が配置される場合であっても、燃料棒の局所出力Pを安定的に精度よく解析することができる。
According to this configuration, even if the shielding
第6の態様に係る燃料棒出力の解析プログラムP1は、高速炉に装荷される燃料集合体6の燃料棒の局所出力を、解析モデルMを用いて解析する解析装置10に実行させる燃料棒出力の解析プログラムP1において、前記解析モデルMは、前記燃料集合体6と、前記燃料集合体6の周囲に設けられる遮蔽材7と、を含むモデルとなっており、前記燃料集合体6の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体6の形状関数Fを算出し、前記形状関数Fを多群よりも少ない少数群に群縮約するステップS1と、前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップS2と、群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体6の均質中性子束φを算出するステップS3と、群縮約後の前記形状関数Fと前記均質中性子束φとに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力Pを算出するステップS4と、を実行させる。
The fuel rod output analysis program P1 according to the sixth aspect causes an
この構成によれば、高速炉において、燃料集合体6の周囲に遮蔽材7が配置される場合であっても、燃料棒の局所出力Pを安定的に精度よく解析することができる。
According to this configuration, even if the shielding
5 炉心
6 燃料集合体
7 遮蔽材
9 メッシュ
10 解析装置
11 処理部
12 記憶部
13 入力部
14 出力部
M 解析モデル
C1 核定数計算コード
C2 炉心計算コード
P1 解析プログラム
5
Claims (6)
前記解析モデルは、前記燃料集合体と、前記燃料集合体の周囲に設けられる遮蔽材と、を含むモデルとなっており、
前記燃料集合体の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体の形状関数を算出し、前記形状関数を多群よりも少ない少数群に群縮約するステップと、
前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップと、
群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体の均質中性子束を算出するステップと、
群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力を算出するステップと、を備え、
前記少数群に群縮約するステップでは、
前記高速炉の中性子スペクトルを模擬した非均質となる単一の前記燃料集合体の前記核定数計算を行って、前記多群のエネルギー群ごとの集合体平均中性子束及び集合体表面中性子束を算出し、
前記集合体平均中性子束及び前記集合体表面中性子束をそれぞれ、縮約後の前記少数群に対して群縮約し、前記集合体平均中性子束及び前記集合体表面中性子束の比である集合体不連続因子を算出し、
縮約後の前記少数群の各エネルギー群に対し、前記集合体不連続因子が、所定のしきい値以下となるように、縮約後の前記少数群の群数を決定する燃料棒出力の解析方法。 In a fuel rod output analysis method executed in an analysis device that analyzes the local output of a fuel rod of a fuel assembly loaded in a fast reactor using an analytical model,
The analytical model is a model including the fuel assembly and a shielding material provided around the fuel assembly,
calculating a nuclear constant of the fuel assembly to calculate a shape function of the fuel assembly in multiple energy groups, and group-reducing the shape function to a smaller number of groups than the multiple groups;
performing core calculations of the fast reactor to calculate boundary conditions regarding neutron flux in the multiple energy groups, and group reduction of the boundary conditions to the minority groups;
calculating a homogeneous neutron flux of the fuel assembly based on the boundary condition after group contraction;
calculating the local output of the fuel rod based on the shape function after group contraction and the homogeneous neutron flux ,
In the step of group reduction to the minority group,
The nuclear constant calculation for the single non-homogeneous fuel assembly that simulates the neutron spectrum of the fast reactor is performed, and the assembly average neutron flux and assembly surface neutron flux for each of the multiple energy groups are calculated. death,
The aggregate average neutron flux and the aggregate surface neutron flux are group-reduced to the reduced group, respectively, and the aggregate is the ratio of the aggregate average neutron flux and the aggregate surface neutron flux. Calculate the discrete factor,
For each energy group of the minority group after contraction, the fuel rod output that determines the number of groups of the minority group after contraction is determined such that the aggregate discontinuity factor is less than or equal to a predetermined threshold. analysis method.
前記解析モデルは、前記燃料集合体と、前記燃料集合体の周囲に設けられる遮蔽材と、を含むモデルとなっており、
前記処理部は、
前記燃料集合体の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体の形状関数を算出し、前記形状関数を多群よりも少ない少数群に群縮約するステップと、
前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップと、
群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体の均質中性子束を算出するステップと、
群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力を算出するステップと、を実行し、
前記少数群に群縮約するステップでは、
前記高速炉の中性子スペクトルを模擬した非均質となる単一の前記燃料集合体の前記核定数計算を行って、前記多群のエネルギー群ごとの集合体平均中性子束及び集合体表面中性子束を算出し、
前記集合体平均中性子束及び前記集合体表面中性子束をそれぞれ、縮約後の前記少数群に対して群縮約し、前記集合体平均中性子束及び前記集合体表面中性子束の比である集合体不連続因子を算出し、
縮約後の前記少数群の各エネルギー群に対し、前記集合体不連続因子が、所定のしきい値以下となるように、縮約後の前記少数群の群数を決定する解析装置。 In an analysis device including a processing unit that analyzes the local power of a fuel rod of a fuel assembly loaded into a fast reactor using an analytical model,
The analytical model is a model including the fuel assembly and a shielding material provided around the fuel assembly,
The processing unit includes:
calculating a nuclear constant of the fuel assembly to calculate a shape function of the fuel assembly in multiple energy groups, and group-reducing the shape function to a smaller number of groups than the multiple groups;
performing core calculations of the fast reactor to calculate boundary conditions regarding neutron flux in the multiple energy groups, and group reduction of the boundary conditions to the minority groups;
calculating a homogeneous neutron flux of the fuel assembly based on the boundary condition after group contraction;
calculating the local power of the fuel rod based on the shape function after group contraction and the homogeneous neutron flux ;
In the step of group reduction to the minority group,
The nuclear constant calculation for the single non-homogeneous fuel assembly that simulates the neutron spectrum of the fast reactor is performed, and the assembly average neutron flux and assembly surface neutron flux for each of the multiple energy groups are calculated. death,
The aggregate average neutron flux and the aggregate surface neutron flux are group-reduced to the reduced group, respectively, and the aggregate is the ratio of the aggregate average neutron flux and the aggregate surface neutron flux. Calculate the discrete factor,
An analysis device that determines the number of groups in the minority group after contraction so that the aggregate discontinuity factor for each energy group in the minority group after contraction is equal to or less than a predetermined threshold.
前記解析モデルは、前記燃料集合体と、前記燃料集合体の周囲に設けられる遮蔽材と、を含むモデルとなっており、
前記燃料集合体の核定数計算を行って、多群のエネルギー群における前記燃料集合体の形状関数を算出し、前記形状関数を多群よりも少ない少数群に群縮約するステップと、
前記高速炉の炉心計算を行って、前記多群のエネルギー群における中性子束に関する境界条件を算出し、前記境界条件を前記少数群に群縮約するステップと、
群縮約後の前記境界条件に基づいて、前記燃料集合体の均質中性子束を算出するステップと、
群縮約後の前記形状関数と前記均質中性子束とに基づいて、前記燃料棒の前記局所出力を算出するステップと、を実行させ、
前記少数群に群縮約するステップでは、
前記高速炉の中性子スペクトルを模擬した非均質となる単一の前記燃料集合体の前記核定数計算を行って、前記多群のエネルギー群ごとの集合体平均中性子束及び集合体表面中性子束を算出し、
前記集合体平均中性子束及び前記集合体表面中性子束をそれぞれ、縮約後の前記少数群に対して群縮約し、前記集合体平均中性子束及び前記集合体表面中性子束の比である集合体不連続因子を算出し、
縮約後の前記少数群の各エネルギー群に対し、前記集合体不連続因子が、所定のしきい値以下となるように、縮約後の前記少数群の群数を決定する燃料棒出力の解析プログラム。 In a fuel rod output analysis program that runs an analysis device that analyzes the local output of the fuel rods of a fuel assembly loaded in a fast reactor using an analytical model,
The analytical model is a model including the fuel assembly and a shielding material provided around the fuel assembly,
calculating a nuclear constant of the fuel assembly to calculate a shape function of the fuel assembly in multiple energy groups, and group-reducing the shape function to a smaller number of groups than the multiple groups;
performing core calculations of the fast reactor to calculate boundary conditions regarding neutron flux in the multiple energy groups, and group reduction of the boundary conditions to the minority groups;
calculating a homogeneous neutron flux of the fuel assembly based on the boundary condition after group contraction;
calculating the local output of the fuel rod based on the shape function after group contraction and the homogeneous neutron flux ;
In the step of group reduction to the minority group,
The nuclear constant calculation for the single non-homogeneous fuel assembly that simulates the neutron spectrum of the fast reactor is performed, and the assembly average neutron flux and assembly surface neutron flux for each of the multiple energy groups are calculated. death,
The aggregate average neutron flux and the aggregate surface neutron flux are group-reduced to the reduced group, respectively, and the aggregate is the ratio of the aggregate average neutron flux and the aggregate surface neutron flux. Calculate the discrete factor,
For each energy group of the minority group after contraction, the fuel rod output that determines the number of groups of the minority group after contraction is determined such that the aggregate discontinuity factor is less than or equal to a predetermined threshold. Analysis program.
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2020
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上山洋平 他,三菱FBR 核設計コードシステムGALAXY-H/ENSEMBLE-TRIZ の開発(5) 燃料棒出力再構築モデルの開発,日本原子力学会2017年秋の大会予稿集,日本,日本原子力学会,2017年,1L10 |
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