Neue Berechnungen zur Sicherheit von Kernreaktoren
Die Monte-Carlo-Simulation ist ein grundlegendes Instrument für Partikeltransportprobleme, das gut geeignet für Aufgaben ist, die detaillierte Modellierung von Geometrie und Physik erfordern. Sie wird seit Jahrzehnten bei Analysen des Verhaltens von Kernreaktoren verwendet, doch die Anwendungen wurden hauptsächlich durch eingeschränkte Computerkapazität begrenzt. Im Projekt "High performance Monte Carlo reactor core analysis" (HPMC)(öffnet in neuem Fenster) wird die Anwendung der Simulation auf stationäre Probleme wie die Abschirmung ausgeweitet. Die Forscher fanden heraus, dass es umsetzbar ist, das dynamische Verhalten in angemessener Berechnungszeit zu analysieren, beispielsweise die maximale Leistung oder Temperatur in einem Unfallszenario. Die Kernreaktormodellierung ist eine komplizierte Aufgabe, welche die detaillierte Beschreibung der Neutronentransports und des Kühlmittelflusses durch den Reaktorkern erfordert. Beginnend bei den Wechselwirkungen zwischen den Neutronen und den Ziel-Atomkernen besteht der Zwischenschritt in der sogenannten Gitterberechnung, bei der die Geometrie der Brennstäbe auf Baugruppenebene modelliert wird. Diese wurden als Eingabeparameter für einen 3D-Reaktorsimulator verwendet, der das Reaktorverhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen liefert. Mithilfe des Monte-Carlo-N-Partikel-Codes (MCNP-Code) konnten die Forscher mit gegebenen Informationen über Temperatur und Kühlmitteldichte die räumliche Leistungsverteilung im Reaktor aufzeigen. Die Leistungsverteilung wurde dann in thermisch-hydraulische Berechnungen eingespeist, um genauere Berechnungen zu Temperatur und Kühlmitteldichte zu erhalten. Diese wurden dann zurück in die Monte-Carlo-Berechnungen gespeist, um die Leistungsverteilung zu aktualisieren.Das Miteinbeziehen der thermisch-hydraulischen Ergebnisse brachte außerdem die Monte-Carlo-Abbrandrechnungen mehrere Schritte voran. Abbrandrechnungen durch den Serpent-Code bieten ein Bild über die Veränderungen bei bestrahltem Kernbrennstoff. Dies ermöglicht das Untersuchen nuklearer Systeme über lange Zeiträume hinweg (üblicherweise die Brennstoffzyklen eines Kernkraftwerks). Diese wurden erfolgreich für verschiedene Reaktorkern-Geometrien geprüft. Im gesamten Projekt liegt ein Schwerpunkt auf dem Finden von Möglichkeiten, einfache, effiziente und schnelle Lösungen zu implementieren, die zum Beschleunigen der Monte-Carlo-Berechnungen beitragen werden. Wenn die Monte-Carlo-Berechnungen ausreichend schnell sind, werden sie von Konstrukteuren und Betreibern großflächig bei komplexen Problemen mit Kernreaktoren angewendet werden.
