Lähetä linkki
Väitös: VTT:ssä kehitetty laskentakoodi avaa uusia mahdollisuuksia ydinpolttoaineiden ja -reaktorien tutkimuksessa
15.06.2007
VTT:n tutkija Jaakko Leppänen on väitöstutkimuksessaan kehittänyt laskentakoodin ydinreaktoreiden neutronifysiikan mallinnukseen. Leppäsen tutkimuksessaan käyttämää nk. Monte Carlo -menetelmää ei ole aikaisemmin laajasti sovellettu kolmiulotteisten reaktorisimulaattorikoodien syöttöparametrien tuottamiseen.
Monte Carlo -menetelmä on jo vuosikymmeniä ollut neutronien kulkeutumisen
mallintamiseen käytettävä perustyökalu ydintekniikassa. Sen käyttöä on
rajoittanut lähinnä tietokoneiden laskentakapasiteetti. Leppäsen
väitöstutkimuksessa menetelmän käyttöä laajennetaan uusiin sovelluskohteisiin,
kun sillä lasketaan kolmiulotteisten reaktorisimulaattorikoodien
syöttöparametreja.
Ydinreaktorin toiminnan
mallintaminen on monimutkainen fysikaalinen tehtävä, joka yhdistää neutronien
vuorovaikutusten fysiikan jäähdytteen virtaukseen ja polttoaineen mekaaniseen
käyttäytymiseen. Ilmiöiden monimutkaisuuden takia reaktoria ei voida suoraan
kuvata yhtenä kokonaisuutena, vaan ongelmaa on lähestyttävä vaiheittain.
Kuvaus etenee yksittäisten neutronien vuorovaikutuksista lähtien aina
reaktorin kokonaiskäyttäytymiseen saakka. Laskennan keskimmäisessä vaiheessa
reaktorin polttoainetta mallinnetaan yksittäisten polttoainenippujen tasolla.
Laskennan tuloksena saadaan syöttöparametrit seuraavassa vaiheessa
käytettäville kokosydänmalleille.
Nykyisin
tuotantokäytössä olevat deterministiset polttoainenippukoodit on melko
pitkälle räätälöity kevytvesireaktoritekniikan tarpeisiin. Uusien reaktori- ja
polttoainetyyppien mallinnus vaatii kehitystä myös laskentamenetelmissä. Uusi
laskentakoodi mahdollistaa suoraan entistä monimutkaisempien
polttoainegeometrioiden tarkan kuvaamisen, sillä Monte Carlo -laskennan etuina
ovat menetelmän tarkkuus ja monipuolisuus. Samaa laskentakoodia voidaan
käyttää nykyisten kevytvesireaktoripolttoaineiden lisäksi periaatteessa minkä
tahansa polttoaine- tai reaktorityypin mallinnukseen menetelmän luotettavuuden
siitä kärsimättä. Monte Carlo-menetelmään siirtyminen on myös osa
reaktorifysiikan luonnollista kehitystä, mikä on tullut mahdolliseksi
tietokoneiden laskentakapasiteetin kasvun myötä.
VTT:ssä
kehitettyä laskentakoodia käytetään aluksi tutkimustyökaluna nykyisten
polttoainenippukoodien rinnalla. Kahden eri laskentamenetelmään perustuvan
koodin rinnakkainen käyttö tuo lisää luotettavuutta polttoaineen käytön
suunnitteluun ja turvallisuusanalyyseihin. Uutta koodia voidaan käyttää myös
tulevaisuuden reaktorityyppien tutkimuksessa tehtäviin, joihin nykyiset
polttoainenippukoodit eivät sellaisenaan sovellu.
Tutkija
Jaakko Leppänen väittelee TKK:ssa 18.6.2007 aiheenaan Development of a New
Monte Carlo Reactor Physics Code. Vastaväittäjänä on apulaisprofessori Eduard
Hoogenboom Hollannin Delftin teknisestä yliopistosta.
Julkaisu:
Development of
a New Monte Carlo Reactor Physics Code