ВЫБОР АЛГОРИТМА ВЫГОРАНИЯ В OPENMC НА ПРИМЕРЕ РАСЧЕТНОГО БЕНЧМАРКА СБОРКИ LEU И MOX-ТОПЛИВА ВВЭР-1000

OpenMC – это современный код моделирования процессов переноса нейтронов методом Монте-Карло, который использует в качестве программного интерфейса (API) язык программирования Python. OpenMC поддерживает восемь алгоритмов моделирования выгорания. В этом исследовании представлены результаты выбора метода интегрирования при моделировании выгорания ТВС с выгорающими поглотителями для реакторов ВВЭР-1000. Результаты моделирования выгорания, полученные по OpenMC, сравнивались результатами, представленными в бенчмарк OECD. Для моделирования выгорания в коде OpenMC можно использовать 8 различных численных интеграторов: PI, CE/CM, LE/QI, CE/LI, CF4, EPC-RK4, SI-CE/LI, SI-LE/QI. Результаты тестов показали, что интеграторам SI-CE/LI, SI-LE/QI требуется значительно больше времени для расчета одного шага по выгоранию, чем остальным при одинаковой точности, поэтому они были исключены из дальнейшего рассмотрения. Интегратор PI показал низкую точность интегрирования при одинаковых шагах по выгоранию с другими интеграторами. Однако PI обладает высоким быстродействием, в сравнении с другими интеграторами, и по мере уменьшения шага интегрирования обладает сходимостью к одному решению, которое может быть выбрано как реперное для оценки качества других интеграторов. На основе результатов, полученных с использованием интегратора PI с мелким шагом, было принято решение использовать для дальнейшей работы интегратор CE/LI. Результаты, полученные с помощью CE/LI, были сравнены с результатами, полученными в бенчмарке VVER-1000 LEU and MOX по кодам: MCU, TVS-M, WIMS8A, HELIOS, MULTICELL, и показали хорошее совпадение. Таким образом можно сделать вывод применимости интегратора CE/LI в составе OpenMC для моделирования выгорания ТВС, содержащих выгорающие поглотители. При проведении работ были использованы ресурсы высокопроизводительного вычислительного центра НИЯУ МИФИ

1. Romano P.K., Horelik N.E., Herman B.R., Nelson A.G., Forget B., Smith, K. Openmc: A state-of-the-art monte carlo code for research and development. Annals of nuclear Energy, 2015, V. 82, рр. 90-97.

2. Dufek J., Kotlyar D., Shwageraus E. The stochastic implicit euler method–a stable coupling scheme for monte carlo burnup calculations. Annals of nuclear Energy, 2013, V. 60, рр. 295-300.

3. Iserles A., Munthe-Kaas H.Z., Nørsett S.P., Zanna A. Lie-group methods. Acta numerica. Acta Numer, 2000, V. 9, рр. 215-365.

4. Isotalo A.E., Aarnio P. Higher order methods for burnup calculations with bateman solutions. Annals of nuclear Energy, 2011, V. 38, рр. 1987-1995.

5. Josey. Development and analysis of high order neutron transport-depletion coupling algorithms, Ph.D. thesis, (Massachusetts Institute of Technology, 2017).

6. Богданович, Р.Б. Полная энергия деления в зависимости от глубины выгорания топлива для ВВЭР-1000 / Р.Б. Богданович Р.Б., А.С. Герасимов, Г.В. Тихомиров // Журнал физики: Серия конференции. – 2020. – № 1439.

7. Thilagam L., Sunil Sunny C., Jagannathan V., A VVER-1000 LEU and MOX assembly computational benchmark analysis using the lattice burnup code EXCEL.Annals of nuclear Energy, 2009, V. 36, рр. 505-519.

8. NEA/NSC/DOC. A VVER-1000 LEU and MOX Assembly Computational Benchmark. Nuclear Energy Agency, 2002.

9. Park, J., Khassenov, A., Kim, W., Choi, S., Lee, D. Comparative analysis of vera depletion benchmark through consistent code-to-code comparison.Annals of nuclear Energy, 2019, V. 124, рр. 385-398.

10. Muir, R. E. M. and D. W. The NJOY Nuclear Data Processing System, 1994.

11. Leppänen, J. Serpent–a continuous-energy monte carlo reactor physics burnup calculation code. VTT Technical Research Centre of Finland. Vol. 4.

12. Jiankai Yu a, B. F. Verification of depletion capability of OpenMC using VERA depletion benchmark. Annals of nuclear Energy, 2022, V. 170.

13. Девятко, Ю.Н. Моделирование распределения температуры и выгорания в уран-гадолиниевом твэле ВВЭР / Ю.Н. Девятко, В.В. Новиков, О.В. Хомяков // Физика атомного ядра. – 2018. – № 81 – С. 1257-1275.