ハイパー

Aug 08, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12711 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

ペブルベッド炉 (PBR) のハイパーフィデリティ (HxF) 劣化は、炉心を通る動きを考慮しながら、すべての小石の劣化をモデル化する機能です。 以前の HxF の研究では、妥当な時間枠内で同時に数十万個の静止小石を枯渇させる実現可能性が実証されました。 この研究は、HxF に向けた第 2 ステップ、つまり空乏化と離散運動スキームを組み合わせたものを示しています。 モデルは、小石が固定位置を占める規則的なベッドを想定しています。 小石はある設定位置から別の設定位置まで直線的に移動するため、動きは離散的なものとして単純化されます。 この方法論は、輸送および枯渇機能と組み合わせて Serpent 2 に実装されました。 アドホック ルーチンは、排出基準と新しい小石の挿入に基づいて、各パス後のドメイン分解と小石再循環との互換性を確保するために開発されました。 離散運動を伴う HxF の機能は、実物大の高温ガス冷却炉モデルを使用して実証されます。 具体的には、平衡へのアプローチが実行され、炉心内および廃棄された小石についての結果の例が示されています。 このデータは、HxF がどのように PBR 燃料に関する独自の洞察を提供し、枯渇のスペクトルゾーニングに依存する従来の方法で得られた平均値のみではなく統計分布に関する情報を生成するかを示しています。 これらの分布を知ることで、PBR の分析と評価を大幅に改善できます。

ペブルベッド炉 (PBR) の超忠実度 (HxF) 劣化は、炉心を通るその動きも考慮しながら、個々の小石の劣化をモデル化する機能として定義されます。 これは、ペブルベッドの枯渇に伴う課題を解決する上でのパラダイムのシフトを表しています。 これらの課題とこれまでの対処方法に関する詳細な説明は、HxF1,2 の計算上の実現可能性を示した以前の論文で提供されています。 完全を期すために、ここに短い概要を示します。 小石のサイズはグラファイト減速材内の長い中性子拡散長に比べて小さいため、各小石の中の中性子スペクトルは自己決定されず、隣接する小石の含有量に強く依存します。 連続的な小石の再循環と燃料補給により、隣接する小石の燃料含有量は大幅に異なる可能性があります。これは、それらの燃焼度が大きく異なり、事前に知られていないためです。 一般的な PBR コアには数十万個の小石が含まれているため、単純な反復プロセスは実行できません。 したがって、過去のツールは、炉心をマクロゾーン（それぞれに数万個の小石を含む）に分割し、その中で均一な燃料組成、つまり中性子スペクトルを想定することでこの課題に取り組んできました3、4、5、6。 これらのアプローチは、平均的な小石の動作を提供することしかできず、導入される単純化についての検証が不足しています。 代わりに、HxF は各小石を個別に解析します。つまり、燃焼度、出力、温度などの重要な量の詳細な分布を提供できます。 原子炉システムの限界は、平均値ではなく極端な値（例えば、燃料粒子あたりの最大出力、最大燃料温度など）に基づいて評価されることが多いため、HxF を通じて生成されたデータは、評価能力を大幅に向上させると期待されています。 PBR の安全な運用。 さらに、このより高い解像度の方法は、従来のスペクトル ゾーン方法の検証として機能します。

HxF の最終目標は、現実的な小石の動きのための離散要素モデリング (DEM)、出力分布のためのモンテカルロ中性子輸送と各小石の燃料燃焼計算、および温度分布を決定するための熱流体モデルを統合することです。 この野心的な目標を達成するために、すべての部分を一度に実装するのではなく、進歩的なアプローチが採用されました。 最初のステップは、スーパーコンピューティングに依存せずに、妥当な期間内に大量の物質を枯渇させる実現可能性を実証することでした。 比較的限られた計算リソースを使用して、5 ～ 10 日の期間内に最大 50 万個のペブルを同時に枯渇させることが可能であることが証明されています 1,2。 さらに重要なことに、HxF は、従来のツールでは得られなかった出力ピークや放電時の燃焼度分布など、燃料と原子炉の挙動に関する貴重な洞察を明らかにすることで、PBR についての理解を高める強力なツールであることが実証されました。 最後に、HxF は迅速なスコーピング分析には適していませんが、忠実度の低いツールの検証手段を提供します。