Development of fission source acceleration method for slow convergence in criticality analyses by using matrix eigenvector applicable to spent fuel transport cask with axial burnup profile

燃焼度軸方向分布を持つ使用済み燃料輸送容器の臨界解析における収束緩慢性に適用可能な行列固有ベクトルを用いた核分裂源加速手法の開発

黒石 武; 野村 靖

Kuroishi, Takeshi; Nomura, Yasushi

実際の使用済み燃料輸送容器の臨界安全性解析において有効な核分裂源収束加速手法を研究した。OECD/NEA燃焼度クレジットベンチマーク問題II-Cでは、炉内中性子束測定に基づいて、ほぼ対称形から強非対称形に至るまでのさまざまな軸方向燃焼度分布が提案された。その中のいくつかのケースにおける従来モンテカルロ手法の計算結果は、核分裂源分布の極めて緩慢な収束性を示し、臨界性統計評価のための信頼し得る核分裂源分布を得るためには、極めて大きなスキップサイクル数が必要となった。核分裂源収束緩慢性を改善すべく開発され従来モンテカルロ計算に組み込まれてきた行列固有値計算をこのベンチマーク問題に適用した。行列固有値計算の有効性は、その行列要素の評価精度に依存する。核分裂源の収束が不十分な状態でさらなる加速手法を適用する際に、特に極めて緩慢な収束性を示す本ベンチマーク問題に対して、小さい核分裂源の行列要素の統計評価による大きな変動により、異常な加速結果を示した。このような場合、行列要素を評価する際のヒストリー数を単純に増加させる場合と比較して計算時間的により有効な核分裂源加速手法を提案する。

Effective source acceleration method is studied in criticality safety analysis for realistic spent fuel transport cask. Various axial burnup profiles based on in-core flux measurements are proposed in the OECD/NEA/BUC benchmark Phase II-C. In some cases, calculations by ordinary Monte Carlo method show very slow convergence of fission source distribution, and unacceptably large skipped cycles are needed. The matrix eigenvector calculation that has been developed and incorporated in the ordinary Monte Carlo calculation to improve the slow convergence is applied to the benchmark. The efficiency of this method depends on the precision of matrix elements. In a certain stage of insufficient convergence of fission source distribution, especially for this benchmark of very slow convergence, more acceleration procedure causes anomalous results because of large statistical fluctuations of matrix elements corresponding to low source levels. Therefore, we propose effective source acceleration method with less calculation time than increasing histories for the estimation of matrix elements.