Väitös teknillisen fysiikan alalta: Laskentamenetelmä kytketyn ongelman ratkaisemiseen

12.5.2017

VTT:n tutkija, diplomi-insinööri Ville Valtavirta kehitti väitöskirjassaan kytketyn ongelman ratkaisemiseen vaadittavat laskentamenetelmät.

Neutronien käyttäytymisen ja reaktorisydämen materiaalien lämpötilan ja tiheyden välillä olevat fysikaaliset takaisinkytkennät tekevät reaktorimallinnuksesta kytketyn ongelman: reaktorisydämen tehojakauman ratkaisemiseksi täytyy samanaikaisesti ratkaista myös jäähdytteen ja polttoaineenlämpötila- ja tiheysjakaumat. Menetelmiltä vaaditun lyhyen laskenta-ajan vuoksi neutronien käyttäytyminen ratkaistaan tyypillisesti käyttäen kaksivaiheista laskentaketjua. Ketjun ensimmäisessä osassa reaktorisydämen eri alueille lasketaan tarkoilla menetelmillä joukko neutronien vuorovaikutuksia kuvaavia keskiarvoistettuja parametreja. Toisessa vaiheessa näitäkeskiarvoistettuja suureita käytetään yksinkertaistetussa mutta nopeassa koko reaktorisydämen kattavassa laskentamallissa. 

Viime vuosina laskentamenetelmien ja käytettävissä olevan laskentatehon kehitys on tehnyt mahdolliseksi soveltaa ensimmäisen vaiheen tarkkoja neutronilaskentamenetelmiä suoraan kokosydänongelmaan. Näitä menetelmiä ei kuitenkaan ole alun perin kehitetty kytketyn ongelman ratkaisemiseen, mikä vaatii uusien toiminnallisuuksien kehittämistä ja toteuttamista. 

Tässä väitöskirjassa kehitettiin kytketyn ongelman ratkaisemiseen vaadittavat laskentamenetelmät Serpent 2 nimiseen jatkuvaenergiseen Monte Carlo neutronikuljetuskoodiin. Työn valmistuttua Serpent 2 pystyy ratkaisemaan kytketyn ongelman neutroniikkaosuuden osana laskentajärjestelmää, jossa toiset Serpentiin sisäisesti tai ulkoisesti kytketyt ratkaisijat vastaavat lämpötila ja tiheyskenttien ratkaisusta. Kytkettyyn laskentaan kehitetyt menetelmät soveltuvat ajasta riippumattomien laskujen lisäksi palamalaskentaan ja aikariippuvaan transienttilaskentaan.

Väitöskirjassa kehitettyjä laskentamenetelmiä käytettiin esimerkkisovelluksena ydinpolttoaineenefektiivisen lämpötilan tutkimiseen. Nipputason neutronikuljetuslaskuissa tyypillisesti käytettävä yksinkertaistus on korvata ydinpolttoaineen monimutkainen lämpötilajakauma yhdellä efektiivisellä lämpötilalla, joka valitaan siten että mallinnuksesta saatavat tulokset vastaisivat mahdollisimman hyvin oikealla lämpötilaprofiililla saatavia tuloksia. Uudet menetelmät mahdollistivat tarkan vertailuratkaisun laskemisen oikeaa lämpötilaprofiilia käyttäen ja efektiivisten lämpötilamallien vaikutusten arvioinnin. 

Väitöskirja sähköisesti  

"Development and applications of multi-physics capabilities in a continuous energy Monte Carlo neutron transport code". (Multifysiikkamenetelmien kehitys ja sovellukset jatkuvaenergisessä Monte Carlo neutronikuljetuskoodissa)

http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2017/S150.pdf

 

Väitöstilaisuus- ja -paikka

Diplomi-insinööri Ville Valtavirta väittelee perjantaina 19.5.2017 klo 13 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa, salissa E, Otakaari 1, Espoo.

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00