Порівняльний аналіз критичності ТВЗ ВВЕР-1000
у кодах SCALE та MCNP

 

І. О. Тітімець¹, В. І. Борисенко^1,2

 

¹ Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна

² Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, Київ, Україна

 

Проведення досліджень з критичності є обов’язковим при обґрунтуванні вибору розрахункових кодів, які застосовуються для аналізу ядерної безпеки технологічних операцій із переміщення, перевезення та зберігання як свіжого ядерного палива (вузол зберігання ядерного палива на енергоблоці АЕС), а також і відпрацьованого ядерного палива (контейнери перевантаження, сховища відпрацьованого ядерного палива) реакторів різних типів. При обґрунтуванні ядерної безпеки систем зберігання відпрацьованого ядерного палива необхідно підтвердити, що максимальне значення ефективного коефіцієнта розмноження нейтронів k_еф нижче встановленої нормативної межі 0,95. У цій роботі представлені результати порівняльного аналізу з визначення k_еф у розрахункових кодах MCNP та SCALE для різних конфігурацій ядерного палива – твелів ВВЕР-1000.

Для верифікації розрахункових кодів, було проведено моделювання 12 критичних експериментів на установці SF-9, що експлуатувалась у 1966-1987 рр. в національному дослідницькому центрі «Курчатовський інститут». Кожній з 12 критичних експериментів відрізнявся кількістю твелів ВВЕР-1000 і рівнем води при якої досягалась критичність.

Отримані результати порівняльного аналізу дають змогу зробити висновки стосовно похибки визначення k_еф у кодах SCALE і MCNP, а також обґрунтовано за результатами валідації обрати розрахунковий код для проведення аналізу з ядерної безпеки систем зберігання ядерного палива, у тому числі й відпрацьованого ядерного палива.

Також у роботі представлено порівняння результатів моделювання k_еф  в кодах SCALE та MCNP, різних, мінімальних по кількості ТВЗ, конфігурацій тепловидільних збірок ТВЗ-А та ТВЗ-WR при яких можливо досягнення критичності. Під час розрахунків були прийняті однакові умови: кількість ітерацій - 1000 по 5000 нейтронів в кожній ітерації, що є достатнім для отримання статистичної похибки на рівні ~0,00035.

На границях моделі задавались умови: 1) без відбивача (вакуум); 2) псевдонескінченний водний простір (сфера радіусом 100 м); 3) повне відбивання (дзеркало).

Випадок відсутності води всередині ТВЗ не розглядався, так як він характеризується глибокою підкритичністю. Для нескінченної решітки «сухих» ТВЗ k_еф  ≈ 0,66.

Результаті розрахунків k_еф для різних умов моделювання наведено у Таблиці.

Таблиця. Значення k_еф  при різних граничних умовах і конфігураціях ТВЗ

Конфігу-рація	Умова 1		Умова 2		Умова 3
	SCALE	MCNP	SCALE	MCNP	SCALE	MCNP
3 ТВЗ-А	0,94495 ±0,00040	0,91341 ±0,00037	1,09455 ±0,00039	1,07675 ±0,00033	1,41778 ±0,00028	1,36754 ±0,00025
3 ТВЗ-WR	0,94999 ±0,00043	0,91161 ±0,00036	1,09741 ±0,00037	1,07325 ±0,00034	1,40811 ±0,00027	1,35582 ±0,00026
4 ТВЗ-А	1,03223 ±0,00039	0,99725 ±0,00037	1,14630 ±0,00035	1,12281 ±0,00032
4 ТВЗ-WR	1,03655 ±0,00043	0,99525 ±0,00035	1,14838 ±0,00036	1,11869 ±0,00033

Аналіз результатів, дозволяє зробити наступні висновки:

розрахунковий код SCALE дає дещо завищені значення k_еф  у порівняні з кодом MCNP;

обидва коди можуть бути застосовані для аналізу критичності ТВЗ для ВВЕР-1000.