A Comparative study of efficient sampling techniques for uncertainty quantification due to cross-section covariance data

核反応断面積共分散データに起因する不確かさ評価のための効率的サンプリング手法の比較研究

藤田 達也  

Fujita, Tatsuya

ランダムサンプリング法に基づく不確かさ評価における中性子無限増倍率の不確かさの収束過程を、複数の効率化サンプリング手法間で比較した。中性子無限増倍率の不確かさは、JENDL-5の断面積共分散データに基づく摂動ACEファイルを用いたSERPENT 2.2.1計算を多数回実施し、これを統計処理することにより評価した。本論文では、対称サンプリング(AS)、ラテン超方格サンプリング(LHS)、制御変量法(CV)及びこれらの併用手法に着目した。既往研究で議論されたように、PWR-UO燃料集合体体系においてAS及びLHSはこれらを用いない通常のサンプリングよりも高効率の収束を示した。CVについては、単独での適用時は中性子無限増倍率の不確かさの収束過程に大きくは影響しなかったが、既往研究で示されるとおり、ASと併用することで収束性能が改善した。また本論文では、LHSとCVによる新たな併用手法(CV+LHS)を提案した。CV+LHSは、中性子無限増倍率の不確かさの収束傾向を改善し、これはCV+ASよりも高効率であった。当該改善傾向の主な理由は、LHSを適用することにより、CVにおける代替パラメータの平均値の収束性が向上したためであると考えられる。以上から、本研究ではCV+LHSを新しい併用手法として提案し、PWR-UO燃料集合体体系におけるランダムサンプリング法に基づく不確かさ評価においてその効率性を確認した。CV+LHSの核種燃焼計算への適用性については、今後の研究で確認する予定である。

The convergence process of the k-infinity uncertainty during random-sampling-based uncertainty quantification was compared between several efficient sampling techniques. The k-infinity uncertainty was evaluated by statistically processing several times of SERPENT 2.2.1 calculations using perturbed ACE files based on JENDL-5 cross-section covariance data. The antithetic sampling (AS), the Latin hypercube sampling (LHS), the control variates (CV), and the combination approaches of them were focused on in the present paper. In PWR-UO fuel assembly geometry without the nuclide depletion, as discussed in past studies, AS and LHS showed higher efficient convergence than nominal sampling without any efficient sampling techniques. In terms of CV, though a stand-alone application did not have a large impact on the k-infinity uncertainty convergence, its performance was improved in combination with AS, as discussed in the past study. In addition, a new combined approach of LHS and CV (CV+LHS) was proposed in the present paper. CV+LHS improved the k-infinity uncertainty convergence and was more efficient than CV+AS. The main reason for this improvement was that the convergence for the mean value of alternative parameters in CV was enhanced by applying LHS. Consequently, this study proposed the new combined approach of CV+LHS and confirmed its efficiency performance for the random-sampling-based uncertainty quantification in the PWR-UO fuel assembly geometry. The applicability of CV+LHS for the nuclide-depletion calculations will be confirmed in future studies.