مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

پیاده‌سازی الگوریتم ترابرد نوترون وابسته به زمان با استفاده از ردیابی بسته‌ای به روش مشخصه در دو بعد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

سحر قاسمی نژاد 1
کمال حداد 1
محمد هادی پرهمت 2
عطاءاله ربیعی 1، 3

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، صندوق پستی: 7193616548، شیراز – ایران

2 پژوهشکده رآکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 1339-14155، تهران – ایران

3 مرکز تحقیقات ایمنی دانشگاه شیراز، کدپستی: 7193616548، شیراز - ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2022.1173.1767
چکیده
در این تحقیق به پیاده‌سازی الگوریتم اعمال شده برای حل معادله ترابرد نوترون وابسته به زمان دو بعدی، در یک محیط ناهمگن پرداخته شده است. یک الگوریتم ردیابی بسته‌ای جدید که در آن نوترون‌ها اجازه دارند مسیر طولانی‌تری را قبل از حذف از ساختار طی کنند، برای محاسبه گذرا به کار گرفته شده است. مشتق زمانی شار زاویه‌ای به عنوان منبع اصلی چالش در پیاده‌سازی معادله ترابرد نوترون گذرا مورد بررسی قرار گرفته و در آن دو حالت برای مشتق زمانی شار زاویه‌ای در نظر گرفته شده است: اول این‌که وابستگی زاویه‌ای مشتق زمانی شار حفظ می‌شود و در حالت دوم، تقریب شار اسکالر همسانگرد به مشتق زمانی اعمال می‌شود. در ادامه، تجزیه و تحلیل حساسیت در اندازه گام زمانی به عنوان یک پارامتر مؤثر برای دقت و هزینه محاسباتی بررسی شده است. برای بررسی سازگاری عددی الگوریتم ارائه شده و هم‌چنین با توجه به نقش اساسی نوترون‌های تأخیری در فرایندهای گذرا، سه مدل ریاضی چندگروهی برای نوترون‌های تأخیری همراه با معادله ترابرد نوترون ارزیابی می‌شوند. برای صحت‌سنجی الگوریتم پیاده‌سازی شده، معیار معروف TWIGL مدل‌سازی شده و نتایج با کدهای ‌MPACT و DeCART مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها

ترابرد نوترون وابسته به زمان
روش مشخصه
معیار صحت‌سنجی TWIGL
نوترون تأخیری

عنوان مقاله English

Implementation of the time dependent neutron transport algorithm in 2D utilizing modular ray tracing by method of characteristic framework

نویسندگان English

S. Ghaseminejad 1
K. Hadad 1
M.H. Porhemmat 2
A. Rabiee 1 3
1 School of Mechanical Engineering, Shiraz University, P.O.Box: 7193616548, Shiraz - Iran
2 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 14155-1339, Tehran - Iran
چکیده English

This paper discusses the implementation of an algorithm for solving 2D time-dependent neutron transport equations in heterogeneous media. A novel modular ray tracing algorithm where neutrons are allowed to travel a longer path before being removed from the structure, is adopted for the transient calculation. The time derivative of angular flux is considered as a major source of challenges in implementing the neutron transport equation, in which two cases for the time derivative of angular flux are included, first, the angular dependency of the time derivative is preserved and second mode, isotropic scalar flux approximation is applied to the time derivative. Sensitivity analysis on time step size has been investigated as an effective parameter on both computational accuracy and cost. Investigating the compatibility of the proposed numerical algorithm as well as considering the substantial role of delayed neutrons in transient processes, three multigroup mathematical models for delayed neutrons are evaluated along with the neutron transport equation. For the implementation of the verification algorithm, the well-known TWIGL benchmark is modeled and the results are compared with MPACT and DeCART codes.

کلیدواژه‌ها English

Time dependent neutron transport
Characteristic method
TWIGL benchmark
Delayed neutron
  1. G.R. Keepin, Physics of nuclear kinetics, Addison-Wesley Publishing Company (1965).

 

  1. D.L. Hetrick, Dynamics of Nuclear Reactors, (1971).

 

  1. G.I. Bell, S. Glasstone, Nuclear reactor theory, US Atomic Energy Commission, Washington, DC (United States) (1970).

 

  1. J.B. Taylor, A.J. Baratta, A time-dependent method of characteristics for 3D nuclear reactor kinetics applications, (2009).

 

  1. A. Talamo, Numerical solution of the time dependent neutron transport equation by the method of the characteristics, Journal of Computational Physics, 240, 248-267 (2013).

 

  1. K. Tsujita, et al., Higher order treatment on temporal derivative of angular flux for time-dependent MOC, in Proceedings of the 2013 International Conference on Mathematics and Computational Methods Applied to Nuclear Science and Engineering-M and C 2013, (2013).

 

  1. B. Carlson, G. Bell, Solution of the transport equation by the Sn method, Los Alamos Scientific Lab., N. Mex (1958).

 

  1. P.M. Keller, J.C. Lee, A time-dependent collision probability method for one-dimensional space-time nuclear reactor kinetics, Nuclear Science and Engineering, 129(2), 124-148 (1998).

 

  1. J. Cho, et al., Transient capability of the DeCART code, Korea Atomic Energy Research Institute (2005).

 

  1. D.G. Cacuci, Handbook of Nuclear Engineering: Vol. 1: Nuclear Engineering Fundamentals; Vol. 2: Reactor Design; Vol. 3: Reactor Analysis; Vol. 4: Reactors of Generations III and IV; Vol. 5: Fuel Cycles, Decommissioning, Waste Disposal and Safeguards, Vol. 1. (2010): Springer Science & Business Media (2010).

 

  1. M. Hursin, Full core, heterogeneous, time dependent neutron transport calculations with the 3D code DeCART, UC Berkeley (2010).

 

  1. B. Collins, B. Kochunas, S. Stimpson, Consortium for Advanced Simulation of LWRs, (2019).

 

  1. M. Porhemmat, K. Hadad, M. Mahzoon, Modular ray tracing in 2D whole core transport with MOC, Progress in Nuclear Energy, 99, 103-109 (2017).

 

  1. B. Collins, B. Kochunas, T. Downar, Assessment of the 2D MOC solver in MPACT: Michigan parallel characteristics transport code, American Nuclear Society, 555 North Kensington Avenue, La Grange Park, IL (2013).

 

  1. B.M. Kochunas, A Hybrid Parallel Algorithm for the 3-D Method of Characteristics Solution of the Boltzmann Transport Equation on High Performance Compute Clusters, (2013).

 

  1. T. Downar, et al., Theory manual for the PARCS kinetics core simulator module. Department of Nuclear Engineering and Radiological Sciences University of Michigan, USA, (2009).

 

  1. A. Zhu, et al., Transient methods for pin-resolved whole core transport using the 2D-1D methodology in MPACT, Proc. M&C 2015, 19-23 (2015).

 

  1. B. Kochunas, M. Hursin, T. Downar, DeCART-v2. 05 Theory Manual, University of Michigan, (2009).

 

  1. S.C. Shaner, Transient method of characteristics via the Adiabatic, Theta, and Multigrid Amplitude Function methods, Massachusetts Institute of Technology (2014).

 

  1. M. Porhemmat, et al., Improved memory management for solving neutron transport via a novel Modular Ray Tracing (MRT) approach embedded in parallel method of characteristic (MOC) framework, Progress in Nuclear Energy, 132, 103590 (2021).

صفحه اصلی