Aktivacija komponent sredice jedrske elektrarne Krško

magistrsko delo

Benjamin Barbarič (Avtor), Luka Snoj (Mentor), Klemen Ambrožič (Komentor)

Povzetek

V magistrskem delu sem preizkusil in evaluiral napredno simulacijsko metodo določanja aktivnosti. Določil sem aktivnosti središčnih komponent jedrske elektrarne Krško: obodne plošče, plašča sredice, toplotnega ščit in reaktorske posode z notranjim ovojem. Izračun je vključeval določitev fluksa nevtronov in energijskega spektra nevtronov s programom MCNP. Uporabljen je bil MCNP model NEK_ExCore avtorjev Tanje Goričanec in Žige Štancarja. Za izboljšanje učinkovitosti sem uporabil modificiran izvor, pridobljen s hibridno kodo ADVANTG. Na podlagi izračunanih fluksov in spektrov nevtronov sem z zgorevalno kodo FISPACT-II določil aktivnosti aktivacijskih produktov po 60 letih obratovalne dobe. Izračunani profili prikažejo večje, sicer simetrične deviacije v fluksu nevtronov in aktivnostih znotraj vsake od posameznih komponent. Deviacije so posledica necilindrične oblike sredice in obenem cilindričnih oblik okoliških komponent. Opravil sem tudi primerjavo z rezultati aktivacijske študije podjetja Siempelkamp NIS. Odstopanja po komponentah so večinoma majhna (do 15 %). V komponentah, kjer spekter nevtronov opazno odstopa (obodna plošča) so se v primerjavi z aktivacijsko študijo pojavila večja odstopanja (50 %). V zadnjem delu sem opravil občutljivostno analizo nekaterih teoretično predpostavljenih obratovalnih defektov in parametričnih odstopanj. Točno poznavanje izotopske sestave, tako goriva, kot aktiviranih materialov, je zelo pomembno. Upoštevanje zgorelega goriva močno vpliva na rezultate, saj se izračunane aktivnosti povečajo tudi za 50 %. Enako močan vpliv na rezultate ima primes kobalta koncentracije 1000 ppm. Simuliral sem nekatere asimetrične defekte, kot je ekscentričnost (izmik) sredice za 5 mm in primer 10 K nižje temperature primarne vode. Oba defekta opazno vplivata na velikost izračunanih aktivnosti (maksimalno 10 % - 15 %). Simuliral sem tudi asimetričen profil moči. Pri tem se je 2 % povečanje moči v enem kvadrantu sredice direktno odražalo kot 2 % razlike v skupni aktivnosti med polovicama komponent. Rezultati občutljivostne analize nakazujejo na veliko težavnost točne določitve aktivnosti z simulacijskimi metodami. Skupne numerične negotovosti so sicer znašale maksimalno 2 % - 3 %. S simulacijskimi metodami je mogoče radioaktivne odpadke med obe državi lastnici NEK razdeliti le pogojno. Z mednarodnim sporazumom je predpisana natančnost delitve na 1 % oz. 5% po masi in aktivnosti. Za zadostitev natančnosti bi bilo potrebno v naprej z meritvami ovreči vpliv najpomembnejših defektov in upoštevati pogoj, ki določa maksimalno 5 % razlike.

Ključne besede

reaktorska fizika;Nuklearna elektrarna Krško;aktivnost središčnih komponent;

Podatki

Jezik:	Slovenski jezik
Leto izida:	2023
Tipologija:	2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:	UL FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
Založnik:	[B. Barbarič]
UDK:	621.039
COBISS:	178704643
Št. ogledov:	24
Št. prenosov:	2
Ocena:	0 (0 glasov)
Metapodatki:

Ostali podatki

Sekundarni jezik:	Angleški jezik
Sekundarni naslov:	Assessment of Core Component Activation in Krško Nuclear Power Plant
Sekundarni povzetek:	In this master’s thesis, an advanced simulation method for determining neutron activation in nuclear reactor internals was both tested and evaluated. The activities of the following Krško Nuclear Power Plant core components were calculated: baffle, core barrel, thermal shield, and reactor presssure vessel with inner cladding. Neutron flux and energy spectra were determined using the MCNP program with model NEK_ExCore, developed by Tanja Goričanec and Žiga Štancar. MCNP calculation incorporated a source bias obtained through the ADVANTG hybrid code. Activities and activation products after 60 years of operation time were then computed using the FISPACT-II burnup code. The results reveal significant, however, symmetrical deviations in neutron flux and activities within each individual component. These deviations stem from the non-cylindrical shape of the core and the cylindrical shapes of the surrounding components. Activation results were compared with the outcomes of the Siempelkamp NIS study. Differences were generally relatively small (up to 15 %). Nonetheless, in components with notably distinct spectra (such as the baffle), larger discrepancies (50 %) emerged in comparison to the NIS results. In the final section, a sensitivity analysis was conducted on several theoretical operational defects and parametric deviations. The findings indicate the substantial importance of accurate isotopic composition of materials. To ensure the precision of the results, it becomes essential to account for fuel burnup across operational cycles, as activities could deviate by as much as 50 %. Likewise, a cobalt impurity with a concentration of 1000 ppm exhibits a similarly profound impact. Asymmetric defects, such as a 5 mm core eccentricity (displacement) and a 10 K lower temperature of the primary water, were simulated. Both defects have a noticeable impact on the calculated activities (up to 10 % - 15 %). Asymmetric power profile was simulated with a 2 % increase in power in one of the quadrants, which directly resulted in a 2 % difference in total activity between the halves of the components. The results of the sensitivity analysis indicate the challenge of precisely determining activities through simulation methods. The cumulative numerical uncertainties were, at most, 2 % - 3 %. With the application of simulation methods, there’s potential to distribute radioactive waste between the two Krško NPP owning countries. In a bilateral contract, it is stipulated that waste must be divided based on a 1 % or 5 % difference in both mass and activity. However, it would be essential to mitigate the impact of the most significant defects through measurements and to adhere to a condition that permits a maximum of a 5 % difference.
Sekundarne ključne besede:	reactor physics;Krško Nuclear power plant;core components;activation;
Vrsta dela (COBISS):	Magistrsko delo/naloga
Študijski program:	0
Konec prepovedi (OpenAIRE):	1970-01-01
Komentar na gradivo:	Univ. v Ljubljani, Fak. za matematiko in fiziko, Oddelek za fiziko
Strani:	XV, 107 str.
ID:	22289806