The measurement and calculation of neutronic parameters in nuclear research reactors has an important influence on control and safety of the nuclear reactor. The power peaking factors, reactivity coefficients and kinetic parameters are the most important neutronic parameter for determining the state of the reactor. The position of the control shim safety rods in the core configuration affects these parameters. The main purpose of this work is to use the MTR_PC package to evaluate the effect of the partially insertion of the control rod on the neutronic parameters at the operating core of the Tehran Research Reactor. The simulation results show that by increasing the insertion of control rods (bank) in the core, the absolute values of power peaking factor, reactivity coefficients and effective delayed neutron fraction increased and only prompt neutron life time decreased. In addition, the results show that the changes of moderator temperature coefficients value versus the control rods positions are very significant. The average value of moderator temperature coefficients increase about 98% in the range of 0-70% insertion of control rods.
To accurately analyze the accidents in nuclear reactors, a thermohydraulic-neutronic coupling calculation is required to solve fluid dynamics and nuclear reactor kinetics equations in fine cells simultaneously and evaluate the local effects of neutronic and thermohydraulic parameters on each other. In the present study, a 3D thermohydraulic-neutronic coupling model is developed, validated and then applied for Isfahan MNSR (Miniature Neutron Source reactor) safety analysis. The proposed model is developed using FLUENT software and user defined functions (UDF) are applied to simulate the neutronic behavior of MNSR. The validation of the proposed model is first evaluated using 1mk reactivity insertion experiment into Isfahan MNSR core. Then, the developed coupling code is applied for a design basis accident (DBA) scenario analysis with the insertion of maximum allowed cold core reactivity of 4 mk. The results show that the proposed model is able to predict the behavior of the reactor core under normal and accident conditions with a good accuracy.
Calculation of the core neutronic parameters is one of the key components in all nuclear reactors. In this research, the energy spectrum and spatial distribution of the neutron flux in a uranium target have been calculated. In addition, sensitivity of the core neutronic parameters in accelerator-driven subcritical advanced liquid metal reactors, such as electron beam energy ($E_e$) and source multiplication coefficient ($k_s$), has been investigated. A Monte Carlo code (MCNPX_2.6) has been used to calculate neutronic parameters such as effective multiplication coefficient ($k_{eff}$), net neutron multiplication (M), neutron yield ($Y_{n/e}$), energy constant gain ($G_0$), energy gain (G), importance of neutron source (${\varphi}^*$), axial and radial distributions of neutron flux, and power peaking factor ($P_{max}/P_{ave}$) in two axial and radial directions of the reactor core for four fuel loading patterns. According to the results, safety margin and accelerator current ($I_e$) have been decreased in the highest case of $k_s$, but G and ${\varphi}^*$ have increased by 88.9% and 21.6%, respectively. In addition, for LP1 loading pattern, with increasing $E_e$ from 100 MeV up to 1 GeV, $Y_{n/e}$ and G improved by 91.09% and 10.21%, and $I_e$ and $P_{acc}$ decreased by 91.05% and 10.57%, respectively. The results indicate that placement of the Np-Pu assemblies on the periphery allows for a consistent $k_{eff}$ because the Np-Pu assemblies experience less burn-up.
The present study aims to assess the excess induced reactivity in a Miniature Neutron Source Reactor (MNSR) for a Beyond Design Basis Accident (BDBA) scenario. The BDBA scenario as defined in the Safety Analysis Report (SAR) of the reactor involves sticking of the control rod and filling of the inner and outer irradiation sites with water. At the end of the MNSR core life, 10.95 cm of Beryllium is added to the top of the core as a reflector which affects some neutronic parameters such as effective delayed neutrons fraction (${\beta}_{eff}$), the reactivity worth of inner and outer irradiation sites that are filled with water and the reactivity worth of the control rod. Given those influences and changes, new neutronic calculations are required to be able to demonstrate the reactor safety. Therefore, a validated MCNPX model is used to calculate all neutronic parameters at the end of the reactor core life. The calculations show that the induced reactivity in the BDBA scenario increases at the end of core life to $7.90{\pm}0.01mk$ which is significantly higher than the induced reactivity of 6.80 mk given in the SAR of MNSR for the same scenario but at the beginning of the core's life. Also this value is 3.90 mk higher than the maximum allowable operational limit (i.e. 4.00 mk).
Zadfathollah Seighalani, R.;Sedaghatizade, M.;Sadeghi, H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.8
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pp.2564-2569
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2021
The neutronic analysis of Helium Cooled Ceramic Reflector (HCCR) breeding blankets has been performed using the 3D Monte Carlo code MCNPX and ENDF nuclear data library. This study aims to reduce 6Li percentage in the breeder zones as much as possible ensuring tritium self-sufficiency. This work is devoted to investigating the effect of 6Li percentage on the HCCR breeding blanket's neutronic parameters, such as neutron flux and spectrum, Tritium Breeding Ratio (TBR), nuclear power density, and energy multiplication factor. In the ceramic breeders at the saturated thickness, increasing the enrichment of 6Li reduces its share in the tritium production. Therefore, ceramic breeders typically use lower enriched Li from 30% to 60%. The investigation of neutronic analysis in the suggested geometry shows that using 60% 6Li in Li2TiO3 can yield acceptable TBR and energy deposition results, which would be economically feasible.
Abu Saleem, Rabie;Radaideh, Majdi I.;Kozlowski, Tomasz
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2709-2716
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2020
Compositions of large nuclear cores (e.g. boiling water reactors) are highly heterogeneous in terms of fuel composition, control rod insertions and flow regimes. For this reason, they usually lack high order of symmetry (e.g. 1/4, 1/8) making it difficult to estimate their neutronic parameters for large spaces of possible loading patterns. A detailed hyperparameter optimization technique (a combination of manual and Gaussian process search) is used to train and optimize deep neural networks for the prediction of three neutronic parameters for the Ringhals-1 BWR unit: power peaking factors (PPF), control rod bank level, and cycle length. Simulation data is generated based on half-symmetry using PARCS core simulator by shuffling a total of 196 assemblies. The results demonstrate a promising performance by the deep networks as acceptable mean absolute error values are found for the global maximum PPF (~0.2) and for the radially and axially averaged PPF (~0.05). The mean difference between targets and predictions for the control rod level is about 5% insertion depth. Lastly, cycle length labels are predicted with 82% accuracy. The results also demonstrate that 10,000 samples are adequate to capture about 80% of the high-dimensional space, with minor improvements found for larger number of samples. The promising findings of this work prove the ability of deep neural networks to resolve high dimensionality issues of large cores in the nuclear area.
Safavi, Amir;Esteki, Mohammad Hossein;Mirvakili, Seyed Mohammad;Arani, Mehdi Khaki
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.8
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pp.1603-1610
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2020
Due to ever-growing advancements in computers and relatively easy access to them, many efforts have been made to develop high-fidelity, high-performance, multi-physics tools, which play a crucial role in the design and operation of nuclear reactors. For this purpose in this study, the neutronic Monte Carlo and thermal-hydraulic sub-channel codes entitled MCNP and COBRA-EN, respectively, were applied for external coupling with each other. The coupled code was validated by code-to-code comparison with the internal couplings between MCNP5 and SUBCHANFLOW as well as MCNP6 and CTF. The simulation results of all code systems were in good agreement with each other. Then, as the second problem, the core of the VVER-1000 v446 reactor was simulated by the MCNP4C/COBRA-EN coupled code to measure the capability of the developed code to calculate the neutronic and thermohydraulic parameters of real and industrial cases. The simulation results of VVER-1000 core were compared with FSAR and another numerical solution of this benchmark. The obtained results showed that the ability of the MCNP4C/COBRA-EN code for estimating the neutronic and thermohydraulic parameters was very satisfactory.
The increasing interest that GEANT4 is gaining nowadays, because of its special capabilities, prompted us to address its reliability in neutronic calculation for the realistic and complex spallation target MEGAPIE of the Paul Scherrer Institute of Switzerland. In this paper we have specifically addressed the neutronic characterization of the active zone of this target. Three physical quantities are evaluated: neutron flux spectra and total neutron fluxes on target's z-axis, and the neutron yield as a function of the target's altitude and radius. Comparison of the obtained results with those of the MCNPX reference code and some experimental measurements have confirmed the impact of the geometrical and proton beam models on the neutron fluxes. It has also allowed to reveal the intrinsic influence of the code type. The resulting differences reach a factor of ~2 for the beam model and 4-18% for the other parameters cumulated. The analysis of the neutron yield has led us to conclude that: 1) Increasing the productivity of the MEGAPIE target cannot be achieved simply by increasing the thickness of the target, if the irradiation parameters are not modified. 2) The size of the spallation area needs to be redefined more precisely.
In our previous works, two different spherical burnable poison particles (BPPs) as B4C and Gd2O3 in pin-in block type HTGR core had utilized to suppress the excess reactivity and to control long-term reactivity during the burnup period. In the present work, we performed the neutronic analysis of a prismatic HTGR operating at 850 ℃ with thermal power of 100 MW containing spherical and cylindrical BPPs and then studied the self-shielding effect of BPPs and shape effect. The calculations were performed when the surface area (1) or volume (2) of cylindrical BPPs equals to that of the spherical BPPs. The calculations showed that the neutronic parameters were slightly better for the second case than the first one, such as the excess reactivity of the reactor core at the beginning of the cycle were more suppressed, the core lifetime were more extended, and the fuel-burning were more efficiently. The neutron spectrum in each region of the cylindrical BBPs slightly differs than that of the spherical BPPs. Therefore, the self-shielding effect of BPPs on reactor core performance depends on the particle's geometrical shape.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.11a
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pp.289-294
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1996
Feasibility study on conceptual design tool for liquid metal reactor has been conducted to optimize the thermohydraulic and neutronic design parameters. To accomplish this task the neutronic code PRISM, fuel performance code and scaling method have been included into the conceptual design support system. ALMR(PRISM 303MWe) has been adopted as the reference plant and principally according to the power level, conceptual design parameters are optimized so that energy balance and neutronics balance seem to be satisfied. This paper presents only the results of optimization on primary system including the IHX system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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