Page tree
Skip to end of metadata
Go to start of metadata

Przykład

Przykładowy model numeryczny przedstawiony na rys.1 został opracowany na bazie powszechnie znanego benchmarku reaktorowego o nazwie JEZEBEL i stanowi jego nieznaczną modyfikację. Benchmark reprezentuje uproszczony model numeryczny krytycznego układu eksperymentalnego uruchomionego w 1954 roku w laboratorium Pajarito, USA. Składa się on ze sfery o promieniu 6 cm zawierającej trzy izotopy plutonu  Pu239, Pu240, Pu241 oraz naturalny gal. Sfera otoczona jest warstwą niklu o grubości 1cm. Tabele 1 przedstawia dokładny skład izotopowy układu. Różnorodne modele numeryczne bazujące na reaktorze JEZEBEL są  powszechnie używane do walidacji programów dedykowanych do obliczeń fizyki systemów jądrowych.

Rys. 1 Wizualizacja modelu numerycznego reaktora JEZEBEL.

 

Tabela 1. Skład izotopowy JEZEBEL.

 

Pu+Ga

at/b cm

Ni

at/b cm

Pu239

3.7047E-02

Ni58

0.6808

Pu240

1.7510E-03

Ni60

0.2622

Pu241

1.1700E-04

Ni61

0.0114

Ga-nat

1.3750E-03

Ni62

0.0363

Gęstość

4.0290E-02

Ni64

0.0093

Gęstość

9.13E-02

 

Model numeryczny

Rys.2 przedstawia przekrój opracowanego modelu numerycznego układu krytycznego JEZEBEL. Poniżej przedstawiony jest plik wejściowy do symulacji MCB wraz z opisem poszczególnych parametrów.

 

Rys. 2 Przekrój modelu numerycznego z wyszczególnionymi numerami komórek.

 

 

Wszystkie linie zaczynające się od c są komentarzami. Każda linia nie musi zawierać mniej niż 80 znaków. Pięć spacji na początku linii oznacza kontynuację linii poprzedniej. Zabronione jest używanie tabulatorów. Linie pogrubione muszą się znaleźć w plik wejściowym w celu uruchomienia symulacji - patrz załącznik.

W pierwszej sekcji modelu numerycznego zdefiniowane są cztery komórki stanowiące odpowiednio wewnętrzną sferę Pu+Ga o promieniu 3 cm, warstwę Pu+Gd o grubości 3 cm,  warstwę Ni o grubości 1 cm oraz tzw. próżnię czyli całą przestrzeń poza komórkami materiałowymi. Komórki nr 1 i 2 są wypełnione materiałem nr 1 (Pu+Ga) o gęstości atomowej 4.029E-2 at/b-cm a komórka nr 2 materiałem nr 2 (Ni) o gęstości atomowej 9.1322E-2 at/b-cm. Próżnia nie jest wypełniona żadnym materiałem o czym świadczy liczba 0 wstawiona po liczbie porządkowej komórki.

Komórka nr 1 stanowi przestrzeń o ujemnym sensie(znak minus) w stosunku do powierzchni nr 1 (kolor czerwony na Rys. 2), czyli wnętrze centralnej sfery. Komórka nr 2 jest to przestrzeń o dodatnim sensie w stosunku do powierzchni nr 1 i ujemnym w stosunku do powierzchni nr 2, czyli kulista warstwa paliwa (kolor niebieski na Rys.2). Komórka nr 3 jest to przestrzeń o dodatnim sensie do powierzchni nr 2 i ujemnym do powierzchni nr 3, czyli kulista osłona z niklu (kolor żółty na Rys. 2)  Próżnia jest przestrzenią o sensie dodatni w stosunku do powierzchni 3.

Importancja stanowiąca "ważność" neutronu w statystycznym procesie próbkowania dla neutronów w komórkach materiałowych wynosi 1.00 a w próżni 0.

Pusta linia oddziela sekcję zawierającą definicje komórek od sekcji zawierającej definicje powierzchni.

W specyfikacji benchmarku występują trzy powierzchnie.Powierzchnia nr 1 jest to sfera zlokalizowana w centrum układu odniesienia o promieniu 3 cm. Analogicznie powierzchnia nr 2 jest to sfera o promieniu 6 cm a powierzchnia trzy sfera o promieniu 7 cm zlokalizowane w centrum układu odniesienia.

Kolejna pusta linia oddziela sekcję powierzchni od sekcji zawierającej pozostałe parametry potrzebne do wykonania symulacji.

Karta BURN określa materiały nr 1 i nr 2 jako materiały ulegające zmianą izotopowym pod wpływem rozpadów promieniotwórczych i transmutacji jądrowych. Materiały posiadają odpowiednio objętości 113.0973  i 791.6813 cm3 zdefiniowane w karcie BVOL.

Karta POWER określa moc na jakiej pracuje reaktor w watach dla wszystkich kroków czasowych zdefiniowanych parametrem BTIME. W rozpatrywanym przypadku moc wynosi 1 MW dla 5 kroków czasowych 0, 10, 20, 30 i 40 dni.

Karty BATCT, DISCR i STPCT określają parametry kontroli numerycznej zmian izotopowych w paliwie jądrowym. Są one niezbędne do przeprowadzenia symulacji.

Karta SDEF definiuje sferyczne źródło neutronów zlokalizowane w centrum układu współrzędnych. Źródło jest zdefiniowane przez dwie dystrybucje. Dystrybucja D1 definiuje energię neutronów zgodnie z widmem rozszczepieniowym Watta a dystrybucja D2 propagację promienia źródła pomiędzy 0 a 6 cm.

Karta KCODE oznacza wykonanie obliczeń w trybie determinującym wartość własną systemu – keff. Liczba 100 determinuje liczbę neutronów symulowaną w każdym cyklu. Startowa wartość keff wynosi 1, w symulacji zostanie wykonane 100 cykli z czego 30 jest cyklami nieaktywnymi potrzebnymi do osiągnięcia zbieżności symulacji numerycznej.

Karty M1, M2 i M3 określają skład izotopowy zdefiniowany materiałów czyi Pu+Ga oraz Ni zgodnie z Tabelą 1.

Specyfikacja modelu numerycznego kończy się pustą linią.


W celu zapoznania się z metodologią symulacji zaleca się zmianę poniższych parametrów i porównanie wyników obliczeń.

  1. Moc reaktora, parametr POWER
  2. Ilość kroków czasowych, parametr BTIME
  3. Parametry KCODE

Plik Wejściowy

c --------------------------------------
c REAKTOR JĄDROWY JEZEBEL W KSZTAŁCIE KULIJEZEBEL
c --------------------------------------
c GEOMETRIA REAKTORA
c --------------------------------------
c Karty Komórek

c --------------------------------------

c Komórka 1 wypełniona materiałem nr 1 o gęstości atomowej 4.029e-2 stanowiąca wnętrze powierzchni 1 (sfery) o importacji dla neutronów równej 1

1    1      4.029e-2    -1           imp:n=1 

c Komórka 2 wypełniona materiałem nr 2 o gęstości atomowej 4.029e-2 stanowiąca przestrzeń pomiędzy powierzchnia 1 i  powierzchnią 2 o importacji dla neutronów równej 1
2    2      4.029e-2     1 -2       imp:n=1

c Komórka 3 wypełniona materiałem nr 3 o gęstości atomowej 9.132e-2 stanowiąca przestrzeń pomiędzy powierzchnia 2 i powierzchnią 3 o importacji dla neutronów równej 1
3    3      9.132e-2     2   -3     imp:n=1

c Komórka 4 nie posiadająca przypisanego materiału i gęstości reprezentująca przestrzeń na zewnątrz komórki 3 o importacji dla neutronów równej 0
4    0      3                              imp:n=0

c --------------------------------------

c Pusta linia oddzielająca specyfikację komórek od specyfikacji powierzchni
c --------------------------------------


c --------------------------------------
c Karty Powierzchni

c --------------------------------------

c  Powierzchnia nr 1 będąca sferą o promieniu 3
1 so 3

c  Powierzchnia nr 2 będąca sferą o promieniu 6
2 so 6

c  Powierzchnia nr 3 będąca sferą o promieniu 7
3 so 7

c --------------------------------------

c Pusta linia oddzielająca specyfikację powierzchni od specyfikacji parametrów kontrolnych i materiałów
c --------------------------------------

 

c --------------------------------------
c Karty Kontrolne

c --------------------------------------

c Specyfikacja materiałów ulegających wypaleniu: materiały 1 i 2 stanowiące paliwo jądrowe
BURN   1 2

c Specyfikacja objętości komórek wypełnionych materiałami 1 i 2
BVOL   113.0973  791.6813

c Moc reaktora w watach
POWER  1E6

c Kontrola numeryczna procesu wypalania paliwa - parametry dla zaawansowanych użytkowników.
BATCT  CMIN   1.e-10 THFM   1.e3   VKSW 0 FHEAT SUPEM
DISCR  TRNDCR 1.e-10 CPRCUT 1.e-4  DPRCUT 1.e-3
STPCT  VART 5 y

c Specyfikacja czasu wypalania paliwa: 0, 10, 20, 30 i 40 dni.
BTIME  10 d, 20 d, 30 d, 40 d
c
c Kontrola krytycznosci
KCODE 100 1.0 30 100
c Specyfikacja zrodla neutronow
SDEF POS=0 0 0 RAD=D1 ERG=D2
SI1  0 6
SP1  0 1
SP2 -3

c --------------------------------------
c Karty Materiałowe

c --------------------------------------

c Materiał nr 1 - Paliwo jądrowe

M1     94239 3.70e-2   94240 1.751e-3

       94241 1.17e-4   31000 1.375e-3

c Materiał nr 2 - Paliwo jądrowe

M2     94239 3.70e-2   94240 1.751e-3

       94241 1.17e-4   31000 1.375e-3

c Materiał nr 2 - Osłona reaktora

M3     28058 0.6808    28060 0.2622

       28061 0.0114    28062 0.0363

       28064 0.0093

 

  • No labels