Nuovi calcoli per la sicurezza dei reattori nucleari
Il metodo Monte Carlo è uno strumento di base per i problemi di trasporto particellare che si adatta bene a compiti che richiedono la creazione di modelli dettagliati di geometria e fisica. Si usa nelle analisi del comportamento del reattore nucleare da decenni, ma le applicazioni sono state limitate principalmente dalla capacità del computer. Il progetto HPMC(si apre in una nuova finestra) ("High performance Monte Carlo reactor core analysis") intende estendere l'uso del metodo oltre i problemi dello stato di equilibrio come la schermatura. I ricercatori hanno scoperto che si può analizzare il comportamento dinamico in un tempo di calcolo ragionevole. Prendiamo per esempio la potenza o la temperatura massima in una situazione di incidente. Modellare il reattore nucleare è un compito complicato che comporta una descrizione dettagliata del trasporto di neutroni e del flusso del refrigerante attraverso il nucleo del reattore. A cominciare dalle interazioni tra i neutroni e i nuclei target, il passo intermedio è il cosiddetto calcolo del reticolo, nel quale la geometria viene modellata al livello dell'insieme di barre di combustibile. Questi sono stati usati come parametri di input per un simulatore di reattore in 3D, che genera la risposta del reattore in diverse condizioni di funzionamento. Usando il codice Monte Carlo N-particle (MCNP), i ricercatori sono riusciti a ottenere la distribuzione spaziale della potenza nel reattore, date le informazioni sulla temperatura e la densità del refrigerante. La distribuzione della potenza è stata quindi immessa nei calcoli termo-idraulici per produrre stime più precise della temperatura e della densità del refrigerante. Queste sono state immesse nuovamente nei calcoli Monte Carlo per aggiornare la distribuzione della potenza. L'inclusione di dati termo-idraulici ha fatto avanzare di diversi passi i calcoli Monte Carlo di combustione nucleare. I calcoli di combustione mediante il codice Serpent forniscono un'immagine dei cambiamenti del combustibile nucleare irradiato. Questo permette di studiare i sistemi nucleari per periodi di tempo lunghi (generalmente, i cicli di combustibile di un reattore nucleare), i quali sono stati testati con successo per diverse geometrie dei nuclei del reattore. Nel corso del progetto, particolare attenzione è stata dedicata alla ricerca di modi di implementare soluzioni semplici, efficienti e veloci che aiuteranno a rendere più veloci i calcoli Monte Carlo. Quando i calcoli Monte Carlo diventeranno sufficientemente veloci, saranno applicati più spesso dai progettisti e gli operatori per problemi complessi del reattore nucleare.
