Моделирование кластеров активной зоны Ввэр в прямоугольных областях

Научный руководитель – М. Ю. ТЕРНОВЫХ

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛАСТЕРОВ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ВВЭР В ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ОБЛАСТЯХ

Описана разработанная прямоугольная модель ТВС ВВЭР для SCALE 5, продемонстрирована приемлемая погрешность расчета нейтронно-физических характеристик, вносимых моделью, определен круг задач возможного применения.

Задачи моделирования изменения нейтронно-физических характеристик и изотопного состава топлива в ядерных реакторах используют различные математические модели, определяемые рассматриваемыми задачами [1]. Модели можно разбить на три класса: ячейка, кластер активной зоны и полномасштабная модель активной зоны.

Одной из наиболее востребованных моделей-кластеров является модель тепловыделяющей сборки (ТВС) реакторов типа ВВЭР, построенной в данной работе на программе SCALE 5. Использование SCALE для расчета ТВС ВВЭР с треугольной решеткой требует специальных усилий и ограниченно вычислительными ресурсами.

Предлагаемая модель по расчетным параметрам соответствует 1/12 части ТВС ВВЭР-1000. Рассмотрим ТВС U42G6, в состав которой входят: 240 твэлов с обогащением 4,2%, 66 твэлов с обогащением 3,7%, 6 твэгов – твэлов с выгорающим поглотителем и обогащением 3,3%, 18 направляющих каналов. Прямое моделирование 1/12 части такой ТВС невозможно: ТВС не обладает свойством осевой симметрии относительно ни одной своей геометрической оси. Вторая особенность такой модели связана с особенностями SCALE 5. Треугольник 1/12 ТВС требуется вложить в прямоугольную область, заполнив оставшуюся часть фиктивным «невзаимодействующим» материалом, граница с которым делит часть твэлов пополам. При расчете возникает нереальный физический эффект: нейтрон из теплоносителя может попасть в центр твэл, избежав блокировки.

На рис.1 представлена разработанная модель, которая полностью занимает прямоугольную область и количественно сохраняет все элементы ТВС. В таблице 1 приведены результаты расчета ТВС U42G6 и разработанной модели. Кроме коэффициента размножения Keff сравниваются относительные к среднему по ТВС энерговыделения в группах твэлов, для которых этот показатель является наибольшим.

Рис. 1. Размещение элементов ТВС в модели

Таблица 1

Результаты расчета различных геометрий

Параметры	Относительное энерговыделение	Keff
U4,2	U4,2-g	U3,7	U3,3g
Полная ТВС	1,029	0,912	1,051	0,409	1,239
Модель	1,017	0,910	1,047	0,411	1,241

В работе [2] проведена оценка влияния неопределенностей параметров ТВС на их расчетные характеристики. Опираясь на эту оценку можно сказать, что разработанная модель позволяет получать характеристики ТВС с погрешностью на порядок меньшей, чем погрешность от неопределенности эксплуатационных параметров ТВС. При этом время расчета модели в 20-25 раз меньше времени расчета ТВС. Полученные результаты позволяют определить ряд задач, для которых разработанная модель открывает возможности решения:

1. потвэльный расчет изменения изотопного состава ТВС с корректным многослойным моделированием выгорания в твэгах;

2. моделирование кластеров большего размера для учета влияния окружения ТВС на ее малогрупповые сечения.

Список литературы

1.  , , // Атомная энергия. 2008. Т.105. Вып.6. С.307-311.

2.  , // Научная сессия МИФИ-2009. Сборник научных трудов. М., Т. II – 2009. – С.9-12.