ВИКОРИСТАННЯ КОДУ SERPENT ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ХВИЛЬОВИХ РЕАКТОРІВ

 

В. М. Павлович¹,  В. І. Гулік¹, A. H. Tkaczyk²

 

1 - Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ

2 – University of Tartu, Estonia

 

 

Доповідь присвячена придатності коду Serpent для задач моделювання хвильових реакторів. Хвильові реактори мають радикально відмінний принцип роботи в порівнянні з традиційними ядерними реакторами. Такий реактор працює за рахунок хвилі поділів, що рухається в активній зоні реактора. У зв’язку з цим постає питання у коректності використання нейтронно-фізичних кодів для розрахунків хвильових реакторів. Такі коди використовуються, як правило, у квазістаціонарному наближенні, тобто для заданого нуклідного складу реактора із заданою геометрією розраховується розподіл нейтронів, далі цей розподіл нормується на задану потужність реактора і отриманий потік нейтронів використовується як стала величина для розрахунку зміни нуклідного складу реактора за визначений проміжок часу – крок вигорання. Новий нуклід ний склад використовується для наступного розрахунку розподілу нейтронів і т.д. Для дослідження хвильових процесів початковий склад реактора повинен відповідати задачі хвильвого реактора - невелика критична зона запалу і довга зона вигорання, що складається, як правило, із чистого сировинного матеріалу (²³⁸U або ²³²Th).

У представлених дослідженнях використовувався код Serpent, що оснований на використанні стохастичного методу розрахунку реакторних систем, так званому методі Монте Карло. Крім цього код Serpent має можливість моделювати вигоряння в активній зоні реактора. Код Serpent був розроблений у Фінляндії і є безкоштовним програмним продуктом, що може бути використаний у розрахунках різноманітних реакторних систем в мирних цілях. В представлених дослідженнях було використано дві версії коду: Serpent 1.1.19 та Serpent 2.1.11.

В процесі дослідження було виконано моделювання хвильового реактора з великими кроками вигоряння при розпаралелюванні розрахунку на декілька процесорів за допомогою коду Serpent 1.1.19. Також було виконано моделювання хвильового реактора з великими кроками вигоряння при розпаралелюванні розрахунку на декілька процесорів за допомогою коду Serpent 2.1.11. Було досліджено методику ліквідації впливу зони запалу на результати розрахунків при встановленні стаціонарної хвилі в зоні вигоряння. Також було виконано моделювання проходження хвилі поділів при різній сегментації зони вигоряння.

Основний висновок з проведених досліджень є наступним: код Serpent можна використовувати для розрахунків хвильових реакторів – хвиля ядерних поділів формується і розповсюджується у сировинному матеріалі, але коректне значення коефіцієнту розмноження можна отримати тільки з використанням малих кроків вигорання, порівняних з періодом реактора.