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Boundary condition free homogenization and evaluation of its performance in fast reactor core analysis

境界条件に依らない均質化手法と高速炉炉心解析における性能評価

丸山 修平   

Maruyama, Shuhei

本論文は新しい均質化法「Boundary Condition Free Homogenization (BCFH)」を提案した。従来の均質化法では、セル計算において特定の境界条件または周辺領域を仮定することにより、炉心計算とセル(集合体)計算を分離している。これらの仮定にはあいまいさや近似があり、評価結果の精度の低下を引き起こす原因にもなる。BCFHはこれらの問題を回避し、均質化等に係るセル計算の精度を向上させることを目的としている。著者は反応率保存に関連するセル内の物理量が流入部分中性子流に対して保存されるという条件を課した。すなわち、セル平均中性子束と流出部分中性子束の応答行列は均質-非均質系で同じになるものとした。これにより得られる断面積,SPH因子,不連続因子等の均質化パラメーターは特定の境界条件に依存しなくなる。このようにして得られた新しい均質化パラメータは、従来のベクトル形式から行列形式に拡張されたものとなる。BCFHの性能を調査するために、我が国のナトリウム冷却高速炉の炉心概念を使用して数値実験を行った。その結果、BCFHは従来の方法と比較して制御棒の反応度価値や反応率分布を評価するのに特に有効であることがわかった。この結果に基づき、BCFHは炉心解析における1つの有望な均質化の概念になりえると結論付けた。

This paper proposes a new homogenization method, "Boundary Condition Free Homogenization (BCFH)". The traditional homogenization method separates the core calculation and the cell (assembly) calculation by assuming a specific boundary condition or a peripheral region in the cell calculation. Nevertheless, there are ambiguities and approximation in these assumptions, and they can also cause a decline in accuracy. BCFH aims to avoid these problems and improve the accuracy in the cell calculation such as homogenization. We imposed the conditions that the physical quantities in the cell related to the reaction rate preservation is preserved for any incoming partial current, during the homogenization. That is, the response matrices of cell average (or total) flux and outgoing partial current, to be the same form between heterogeneous and homogeneous system. As a result, homogenized parameters, such as cross-sections, superhomgenization factors, and discontinuity factors, are no longer dependent on a specific boundary condition. The new homogenized parameters obtained in this way are extended from the conventional vector form to the matrix form in BCFH. To investigate the performance of BCFH, numerical tests are done for the simplified models which originates in 750MW-class sodium-cooled fast reactor with MOX fuel core in Japan. It is found that BCFH is particularly effective in evaluating control rod reactivity worth and reaction rate distribution, compared to the traditional method. We conclude that the BCFH can be a promising homogenization concept for core neutronic analysis.

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