In the last decade, the best estimate plus uncertainty methodologies in nuclear technology and nuclear power plant design have become a trending topic in the nuclear field. Since BEPU was allowed for licensing purposes by the most important regulator bodies, different uncertainty assessment methods have become popular, overall non-parametric methods. While non-parametric tolerance regions can be well stated and used in uncertainty quantification for licensing purposes, the propagation of the uncertainty through different codes (multi-scale, multiphysics) in cascade needs a better depiction of uncertainty than the one provided by the tolerance regions or a probability distribution. An alternative method based on the parametric or distributional probability boxes is used to perform uncertainty quantification and propagation regarding statistic uncertainty from one code to another. This method is sample-size independent and allows well-defined tolerance intervals for uncertainty quantification, manageable for uncertainty propagation. This work characterizes the distributional p-boxes behavior on uncertainty quantification and uncertainty propagation through nested random sampling.
Large-scale reactor simulation often requires the use of Monte Carlo calculation techniques to estimate important reactor parameters. One drawback of these Monte Carlo calculation techniques is they inevitably result in some uncertainty in calculated quantities. The present study includes parametric uncertainty quantification (UQ) and sensitivity analysis (SA) on the Advanced Test Reactor Critical (ATRC) facility housed at Idaho National Laboratory (INL) and addresses some complications due to Monte Carlo uncertainty when performing these analyses. This approach for UQ/SA includes consideration of Monte Carlo code uncertainty in computed sensitivities, consideration of uncertainty from directly measured parameters and a comparison of results obtained from brute-force Monte Carlo UQ versus UQ obtained from a surrogate model. These methodologies are applied to the uncertainty and sensitivity of keff for two sets of uncertain parameters involving fuel plate geometry and fuel plate composition. Results indicate that the less computationally-expensive method for uncertainty quantification involving a linear surrogate model provides accurate estimations for keff uncertainty and the Monte Carlo uncertainty in calculated keff values can have a large effect on computed linear model parameters for parameters with low influence on keff.
The best estimate plus uncertainty methodologies for loss-of-coolant accident analyses make use of the best-estimate codes and relevant experimental databases. Inherently, best-estimate codes have various uncertainties in the model parameters, which can be quantified by the dedicated experimental database. Therefore, this study was devoted to establishing procedures for identifying the input parameters of predictive models and quantifying their uncertainty ranges. The rod bundle heat transfer experiments were employed as a representative reflood separate effect test, and the TRACE code was utilized as a best-estimate code. In accordance with the present procedure for uncertainty quantification, the integrated list of the influential input parameters and their uncertainty ranges was obtained through local sensitivity calculations and screening criteria. The validity of the procedure was confirmed by applying it to uncertainty analyses, which checks whether the measured data are within computed ranges of the variables of interest. The uncertainty quantification procedure proposed in this study is anticipated to provide comprehensive guidance for the conduct of uncertainty analyses.
Lekang Chen ;Chuqi Chen ;Linna Wang ;Wenjie Zeng ;Zhifeng Li
Nuclear Engineering and Technology
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제55권7호
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pp.2395-2406
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2023
To study the influence of parameter uncertainty in small pressurized water reactor (SPWR) once-through steam generator (OTSG), the nonlinear mathematical model of the SPWR is firstly established. Including the reactor core model, the OTSG model and the pressurizer model. Secondly, a control strategy that both the reactor core coolant average temperature and the secondary-side outlet pressure of the OTSG are constant is adopted. Then, the uncertainty quantification method is established based on Latin hypercube sampling and statistical method. On this basis, the quantitative platform for parameter uncertainty of the OTSG is developed. Finally, taking the uncertainty in primary-side flowrate of the OTSG as an example, the platform application work is carried out under the variable load in SPWR and step disturbance of secondary-side flowrate of the OTSG. The results show that the maximum uncertainty in the critical output parameters is acceptable for SPWR.
This paper examines the quantification of uncertainty for welding residual stresses in dissimilar metal welds used in nuclear power plants. A mock-up of a dissimilar metal weld pipe, consisting of carbon and stainless steel pipes, was fabricated to measure the residual stress. A Round-Robin analysis was conducted by Korean institutions to assess the welding residual stress. The analysis was carried out in the second order, and the data obtained by each institution was evaluated based on the information provided. Using the Round-Robin results, the distribution of uncertainty in welding residual stresses among Korean institutions was evaluated. The quantification of uncertainty for Korean institutions was found to have a wider range compared to the distribution of welding residual stresses observed in overseas institutions. This study is considered useful in the establishment of comprehensive strategies for evaluating welding residual stress analysis methods used by domestic institutions.
This paper addresses the uncertainty quantification and sensitivity analysis of a depleted light-water fuel assembly of the Turkey Point-3 benchmark. The uncertainty of the fuel assembly decay heat and isotopic densities is quantified with respect to three different groups of diverse parameters: nuclear data, assembly design, and reactor core operation. The uncertainty propagation is conducted using a two-step analysis code system comprising the lattice code STREAM, nodal code RAST-K, and spent nuclear fuel module SNF through the random sampling of microscopic cross-sections, fuel rod sizes, number densities, reactor core total power, and temperature distributions. Overall, the statistical analysis of the calculated samples demonstrates that the decay heat uncertainty decreases with the cooling time. The nuclear data and assembly design parameters are proven to be the largest contributors to the decay heat uncertainty, whereas the reactor core power and inlet coolant temperature have a minor effect. The majority of the decay heat uncertainties are delivered by a small number of isotopes such as 241Am, 137Ba, 244Cm, 238Pu, and 90Y.
Oscillating water column (OWC) type wave power generator system is a power generation system that uses wave energy, a sustainable and renewable energy source. Irregular cycles and wave heights act as factors that make it difficult to secure generation efficiency of the wave power generator system. Recently, research for improving power generation efficiency is being conducted by applying digital twin technology to OWC type wave energy converter system. However, digital twin using sensor data can predict erroneous performance due to uncertainty in the sensor data. Therefore, this study proposes an uncertainty analysis method for sensor data which is used in digital twin to secure the reliability of digital twin prediction results. Uncertainty quantification considering sensor data characteristics and future uncertainty information according to uncertainty propagation were derived mathematically, and confidence interval estimation was performed based on the proposed method.
One of the issues in the development of the sodium-cooled fast reactor (SFR) using transuranic (TRU) metallic fuel is the absence of criticality benchmark experiment that faithfully mocks up the nuclear characteristics of the target design for validation of the reactor core design code and its uncertainty quantification (UQ). This study aims to quantify the criticality uncertainty of a typical TRU burner with metallic fuel by using the standard upper safety limit (USL) estimation framework based on the similarity analysis of existing benchmark experiments but elaborated in two aspects:1) application of two-sided rather than one-sided tolerance interval and 2) inclusion of additional uncertainty to account for fission products and minor actinides not included in the benchmark experiments. To conduct the similarity analysis and evaluate the nuclear-data induced uncertainty, existing, well-verified computing codes were integrated, including the nuclear data sampling code SANDY, the nuclear data processing code NJOY, and the continuous-energy Monte Carlo code McCARD. Finally, using the SFR benchmark database comprising both publicly available and proprietary benchmark experiments, the criticality uncertainty of the TRU core model with metallic fuel was evaluated.
The uncertainty quantification process in probabilistic Risk Assessment usually involves a specification of the uncertainty in the input data and the propagation of this uncertainty to the final risk results. The distributional sensitivity analysis is to study the impact of the various assumptions made during the quantification of input parameter uncertainties on the final output uncertainty. The uncertainty importance of input parameters, in this case, should reflect the degree of changes in the whole output distribution and not just in a point estimate value. A measure of the uncertainty importance is proposed in the present paper. The measure is called the distributional sensitivity measure(DSM) and explicitly derived from the definition of the Kullback's discrimination information. The DSM is applied to three typical discrimination information. The DSM is applied to three typical cases of input distributional changes: 1) Uncertainty is completely eliminated, 2) Uncertainty range is increased by a factor of 10, and 3) Type of distribution is changed. For all three cases of application, the DSM-based importance ranking agrees very well with the observed changes of output distribution while other statistical parameters are shown to be insensitive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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