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Benchmarks of depletion and decay heat calculation between MENDEL and MARBLE

MENDELとMARBLEを用いた燃焼・崩壊熱計算ベンチマーク

横山 賢治; Lahaye, S.*

Yokoyama, Kenji; Lahaye, S.*

CEAと原子力機構(JAEA)は、共同研究の枠組みで燃焼・崩壊熱計算のベンチマークを進めている。両機関は核燃料サイクルの分野で着目すべき物理量を計算するのに必要な解析システム(CEAのMENDEL、JAEAのMARBLE)を独立に開発している。両者の結果を比較することで各々のシステムの検証に資することが本ベンチマークの目的である。MENDELは燃焼方程式を解く方法としていくつかの解法を備えている。照射計算に対しては、ルンゲクッタ法やチェビシェフ有理関数近似法(CRAM)を利用することができる。崩壊計算に対しては、解析的な解法も利用できる。MARBLEはクリロフ部分空間法やCRAMを利用することができる。このベンチマークの第1フェーズとして、Pu-239の高速中性子による核分裂後の崩壊熱と原子数密度の計算結果の比較を行った。この計算では、(1)JEFF-3.1.1、(2) JENDL/DDF-2015 + JENDL/FPY-2011、(3) ENDF/B-VII.1の3種類の核データライブラリを適用した。計算に必要な核データや燃焼チェーンは、これらの核データライブラリから、各々のシステムで独立して生成した。両システムの結果は互いにとてもよく一致することを確認した。また、この数値計算結果を実験値とも比較した。現在、ベンチマークの第2フェーズとして、ORLIBJ33で提供されている核データと燃焼チェーンを利用したMENDELとMARBLEの燃焼計算ベンチマークを行っている。なお、ORLIBJ33はJENDL-3.3に基づくORIGEN-2コードシステム用の断面積ライブラリである。このベンチマークでは、ORIGEN-2コードの計算結果とも比較する。ORLIBJ32, ORLIBJ33, ORLIBJ40を含むORLIBは特に日本では長年に亘って広く利用されており、ORLIBを使った比較はMENDLやMARBLEの性能を確認する上でも有効であると考えられる。

CEA/DEN/DM2S/SERMA and JAEA/NSEC are working on benchmarks for burnup, isotopic concentrations and decay heat calculations in the collaboration framework between both organisms. Both actors of this benchmark are independently developing their own simulation code systems for computing quantities of interest in nuclear fuel cycle domain: MENDEL in CEA and MARBLE in JAEA. The purpose of the benchmark is to verify each system by comparing both calculation results on specific applications. MENDEL uses a several solvers for the resolution of Bateman equation. Runge-Kutta method or Chebyshev Rational Approximation method (CRAM) are used for irradiation computations. An analytical solver can also be used for decay calculations. MARBLE can use Krylov subspace method or CRAM method. As the first phase of the benchmark, we compared the calculated results of decay heat and isotropic concentrations following by a Pu-239 fast fission pulse. We applied nuclear data from three libraries: (1) JEFF-3.1.1, (2) JENDL/DDF-2015 + JENDL/FPY-2011, and (3) ENDF/B-VII.1. Nuclear data and burnup chain were generated from these libraries independently on each system. We confirmed that the results for both systems were in very good agreement with each other. Numerical results were also compared to experimental data. As the second phase of the benchmark, we are proceeding with a burnup calculation benchmark of MENDEL and MARBLE using the nuclear data and burnup chain provided by ORLIBJ33, which is a set of cross-section data based on JENDL-3.3 for ORIGEN-2 code system. We will also compare with calculation results by the ORIGEN-2 code with ORLIBJ33. Since the series of ORLIB, that is, ORLIBJ32, ORLIBJ33, and ORLIBJ40, have been widely used especially in Japan for many years, the comparison with ORLIB is effective for confirming the performance of MENDEL and MARBLE.

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