Feasibility study of POD tallies for the coupled simulation with a single fuel assembly

単一燃料集合体での連成計算に対するPODタリーの適用可能性に関する検討

近藤 諒一  ; Liong, C.*; 山本 章夫*; 遠藤 知弘*

Kondo, Ryoichi; Liong, C.*; Yamamoto, Akio*; Endo, Tomohiro*

高精度なモンテカルロ計算における課題を解決するため、固有直交分解を用いた分布タリー、すなわちPODタリーを開発した。PODタリーの利点は、次元の削減と統計誤差の低減である。PODタリーでは分布量を直交基底ベクトルで展開する。本研究では、マルチフィジックスシミュレーションの予備的検討として、熱水力計算との連成計算におけるBWR単一燃料集合体の三次元核分裂反応率分布に対してPODタリーを適用する。中性子輸送計算にはGenesisRPCコード、熱水力計算にはACE-3Dコードを用いた連成シミュレーション結果を使用する。三次元PODタリーは、多群モンテカルロコードGMVPのレスポンス関数を用いて実施する。対象の分布は、連成計算の反復が収束した状態で得られた分布である。POD基底ベクトルの抽出には、反復が未収束の状態で得られた分布をスナップショットとして使用する。3次の展開次数によるPODタリーで再構成された核分裂反応率分布は、cellタリーの結果と統計誤差の範囲内で一致した。各径方向分布において系統誤差は確認されなかった。この結果は、未収束状態の分布から抽出されたPOD基底ベクトルで、収束状態の分布を展開可能であることを示している。

We developed distribution tallies with proper orthogonal decomposition, referred to as POD tallies, to address the issues of high-fidelity Monte Carlo calculations. The advantages of the POD tallies are the reduction of dimensionality and statistical error. The distribution quantity is expanded by orthogonal basis vectors. As a feasibility study for multi-physics simulation, the POD tallies are applied to the three-dimensional fission reaction rate of a BWR single fuel assembly of a coupled simulation with a thermal-hydraulics calculation. The pre-calculated coupled simulation performed by the GenesisRPC code for the neutronics calculation and ACE-3D for the thermal-hydraulics calculation is used. The three-dimensional POD tallies are performed by the response function of a multi-group Monte Carlo code GMVP. The target distribution is the distribution in the converged state of the iteration on the coupled simulation. The distribution in the un-converged state of the iteration is used as snapshots to extract the POD basis vectors. The fission reaction rate distribution reconstructed by the POD tallies with a third-order expansion agrees with that of the cell tallies within the statistical error. The systematic error is not observed in each radial distribution. This result indicates that the POD basis vectors extracted from the distribution in the un-converged state can expand that in the converged state.