Predictive and inverse modeling of a radionuclide diffusion experiment in crystalline rock at ONKALO (Finland)

Soler, J. M.*; Keklinen, P.*; Pulkkanen, V.-M.*; Moreno, L.*; Iraola, A.*; Trinchero, P.*; Hokr, M.*; ha, J.*; Havlov, V.*; Trpkoov, D.*; et al.

Nuclear Technology, 209(11), p.1765 - 1784, 2023/11

https://doi.org/10.1080/00295450.2023.2209234

The REPRO-TDE test was performed at a depth of about 400 m in the ONKALO underground research facility in Finland. Synthetic groundwater containing radionuclide tracers (HTO, Cl-36, Na-22, Ba-133, Cs-134) was circulated for about four years in a packed-off interval of the injection borehole. Tracer activities were additionally monitored in two observation boreholes. The test was the subject of a modelling exercise by the SKB GWFTS Task Force. Eleven teams participated in the exercise, using different model concepts and approaches. Predictive model calculations were based on laboratory-based information concerning porosities, diffusion coefficients and sorption partition coefficients. After the experimental results were made available, the teams were able to revise their models to reproduce the observations. General conclusions from these back-analysis calculations include the need for reduced effective diffusion coefficients for Cl-36 compared to those applicable to HTO (anion exclusion), the need to implement weaker sorption for Na-22, compared to results from laboratory batch-sorption experiments, and the observation of large differences between the theoretical initial concentrations for the strongly-sorbing Ba-133 and Cs-134 and the first measured values a few hours after tracer injection. Different teams applied different concepts, concerning mainly the implementation of isotropic vs. anisotropic diffusion, or the possible existence of Borehole Disturbed Zones around the different boreholes. The role of microstructure was also addressed in two of the models.

板状燃料高速臨界集合体における非等方拡散効果の研究

白方 敬章

JAERI 1270, 42 Pages, 1981/03

JAERI-1270.pdf:3.66MB

板状燃料高速臨界集合体における中性子拡散の異方性ならびにそれが臨海性に与える効果について調べた。まず、板状セルの拡散係数異方性を臨界実験の手法により測定する方法を提供した。それは集合体内の板状セルの方向変換に伴なう反応度変化の測定から異方性を導くという方法で、摂動論に基づいている。次に、拡散係数の異方性が集合体の臨界性に与える効果を輸送理論補正の場合と同様に等方拡散計算のkeff値に対する補正項として取扱う方法を新たに提案した。そしてその補正法を現実の板状セル高速臨界集合体に適応した結果、非等方拡散効果はReff値の予測精度に匹敵、域はそれを超えるほどの大きさであることが分かった。炉心およびブランケット共に板状セル系の場合ー0、4~ー0、8%K/K程度の値に達する。非等方拡散効果は板状セル体系の臨界性評価にとって極めて重要な補正であり、従来の非均質効果補正や輸送理論補正と同様に常に施されなければならないことが明らかになった。

Proposal of method to estimate criticality correction for anisotropic diffusion in plate lattice fast assembly

飯島 勉; 白方 敬章

Journal of Nuclear Science and Technology, 14(9), p.682 - 684, 1977/09

https://doi.org/10.3327/jnst.14.682

板状セル体系における中性子拡散は厳密には等方でなく、プレートの平行方向の拡散係数は直角方向に比べて一般に数%大きい。高速炉臨界実験装置における板状セルの装荷方式にはZEBRA式とFCA-ZPR式の二種類あり、前者は2次元的体系であるが後者は本質的に3次元的体系であり、拡散係数の異方性を考慮して性格に取扱うためには3次元非等方拡散方程式を解かなければならない。ここでは臨界性に対する拡散係数異方性の影響を、通常の等方拡散計算のk-値への補正項として取扱う方法を提案する。その際必要なものは通常の等方拡散計算並びに異方性を求めるセル計算だけであり、2次元あるいは3次元非等方拡散方程式を解くに及ばない。この方法はZEBRA式およびFCA-ZPR式の双方に対して適用できる。この方法をFCAVП-1集合体に適用してみると補正項の値は-0.34%k/k、またNa喪失時の場合は-0.88%k/kになった。これはk-値の補正項としては相当に大きい値であり、非等方拡散効果補正の重要性を示している。