RBMK reaktoriaus apšvitinto branduolinio kuro evoliucija: skaitinio modeliavimo jautrumas parametrams

Anotacija

Panaudoto branduolinio kuro (PBK) sudėtį būtina žinoti pakankamu tikslumu, norint tinkamai parinkti jo saugojimo, galutinio laidojimo ar perdirbimo strategiją. Dauguma pasaulyje naudojamų reaktorių yra lengvojo vandens tipo su paprasta aktyviosios zonos sandara, kai branduolinis kuras išdėstytas taisyklinga gardele neutronų lėtiklyje, todėl dabartinės branduolinio kuro nuklidinės evoliucijos vertinimo programos pritaikytos būtent tokiems reaktoriams. RBMK reaktoriaus aktyviosios zonos konstrukcija yra heterogeninė, sudaryta iš kuro elementų, išdėstytų netaisyklinga gardele aušale ir apsuptų grafito lėtikliu. Egzistuojantys modeliavimo įrankiai (tokie kaip SCALE 5 [1] ar universali MCNP5+Monteburns [2, 3] sistema) leidžia pakankamai tiksliai aprašyti RBMK–1500 reaktoriaus konstrukciją nuklidinės sudėties evoliucijos vertinimui. Dėl eksperimentinių šio tipo reaktoriams branduolinio kuro sudėties matavimo duomenų stygiaus, atliekant PBK nuklidinės sudėties skaičiavimus, būtina įvertinti modeliavimo jautrumą bei neapibrėžtis.
Darbe sumodeliuota PBK sudėtis labiausiai priklauso nuo neutronų skerspjūvių vertinimo tikslumo. Naudojamoje SCALE 5 paprogramėje NEWT neutronų pernašos Boltzmann'o lygtis sprendžiama analiziniu būdu dvimačiam atvejui. Tikslesnius rezultatus gautume, jei spręstume trimatę lygtį; deja, toks uždavinys bendru atveju analiziniu būdu neišsprendžiamas, todėl tenka naudoti daug laiko užimantį Monte Karlo metodą. Neutronų spektras reaktoriaus aktyviojoje zonoje taip pat priklauso nuo branduolinio kuro ir lėtiklio temperatūrų, aušalo tankio, valdymo ir apsaugos sistemos strypų padėties, reaktoriaus galios laikinės priklausomybės ir kitų fizikinių parametrų. Tačiau optimaliam vertinimui reikalinga apibrėžti pakankamo tikslumo bei skaičiavimo laiko santykį. Šiame darbe RBMK–1500 PBK nuklidinės sudėties modeliavimo tikslumas, atsižvelgiant į svarbiausius fizikinius bei matematinio modelio parametrus, vertinamas pasitelkiant SCALE 5 programų paketo T–DEPL seką.
Atlikta RBMK PBK nuklidinės sudėties vertinimo analizė parodė, kad aušalo tankis bei išilginis galios pasiskirtymas rinklėje turi didžiausią įtaką nuklidų vertinimo tikslumui, ir šie fizikiniai parametrai modelyje turi būti kuo arčiau realybės.
Šalia fizikinių reaktoriaus parametrų neapibrėžties būtina atsižvelgti ir į paties matematinio modelio parametrus: modeliavimo gardelės žingsnį, neutronų srauto konvergencijos kriterijus bei parametrus modelio rezonansinei savajai sugerčiai įvertinti. Tai gali iki kelių kartų pakeisti apskaičiuotą nuklido kiekį panaudotame branduoliniame kure, ypač aukštesniesiems aktinoidams ir dalijimosi produktams su dideliais neutronų sugerties skerspjūviais.