Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Neutronic Analysis of the subcritical reactor MYRRHA with a Code SERPENT

Agata Żebryk

Abstract

The purpose of this study was to investigate the Multipurpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications (MYRRHA), which was designed at SCK CEN in Belgium and to perform neutronic analysis with a Monte Carlo Code SERPENT. Nuclear power is undoubtedly the future of the energetics, nevertheless it creates a few controversial issues. Safety, production of radioactive waste and possibility of production nuclear weapon are main of these problems. To cope with these problems Gen-IV reactors are created. MYRRHA is an example of such reactor. MYRRHA is fast reactor, which can be run either as critical reactor or sub-critical system. It is multipurpose nuclear facility, which aim is to be a tentative model for future experiment and development of fast reactor technology. MYRRHA purpose is to transmute transuranic waste and produce isotopes for nuclear medicine and industry. This study shows some basic information about MYRRHA components/parts. Multipurpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications has Accelerator Driven System (ADS). ADS has a sub-critical core and requires an external neutron source to remain stable sub-critical. One of the main components of ADS core is accelerator, which provides energetic protons. These protons creates neutrons in the spallation target. In Multipurpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications lead-bismuth eutectic is coolant and spallation target. The most popular coolant for fast reactors is sodium. Lead-bismuth eutectic has a lot of favorable features, for example, it is chemically inert to water. Chosen fuel for Multipurpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications is Mixed Oxide fuel (MOX). MOX consisting of plutonium from reprocessing of spent fuel blended with natural uranium. SERPENT is the code, which was chosen for this study. SERPENT is Monte Carlo reactor physics burn-up calculation code. This method is based on the use of sequence of random numbers to obtain sample values for the problem. Monte Carlo method imitates the particle flight path and different interactions between the neutrons and materials. The advantage of SERPENT over other conventional tools is the faster run-time and more efficient tracking in the geometry routine, which enables SERPENT to handle complicated objects and surfaces.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Agata Żebryk (FPAE) Agata Żebryk,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Obliczenia neutronowe podkrytycznego reaktora MYRRHA z wykorzystaniem kodu SERPENT
Supervisor
Grzegorz Niewiński (FPAE/IHE) Grzegorz Niewiński,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Energetyka (Power Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
16-02-2016
Issue date (year)
2016
Pages
45 + zał.
Internal identifier
MEL; PD-3475
Reviewers
Grzegorz Niewiński (FPAE/IHE) Grzegorz Niewiński,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Konrad Świrski (FPAE/IHE) Konrad Świrski,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
reaktor, energetyka jądrowa
Keywords in English
xxx
Abstract in Polish
Celem tej pracy było przybliżenie reaktora MYRRHA czyli Multi-purpose hybrid research reactor for high-tech applications stworzonego przez SCK CEN w Belgii oraz wykonania dla niego obliczeń neutronowych za pomocą programu SERPENT, wykorzystującego metodę Monte Carlo. Energetyka jądrowa jest bez wątpienia przyszłością energetyki, jednak stwarza ona parę kontrowersyjnych problemów. Głównymi z nich są bezpieczeństwo, wytwarzania radioaktywnych odpadów i możliwość produkcji broni atomowej. Aby im sprostać powstają nowe reaktory IV generacji. Przykładem właśnie takiego reaktora jest reaktor MYRRHA. MYRRHA to reaktor prędki, który jest w stanie pracować zarówno w trybie krytycznym jak i podkrytycznym. To wielofunkcyjny obiekt jądrowy, który ma być orientacyjnym modelem do przyszłych eksperymentów i prac nad dalszym rozwojem reaktorów prędkich. MYRRHA ma przetwarzać odpady jądrowe i służyć do produkcji izotopów dla medycyny jądrowej i przemysłu. Praca ta ma też przedstawić podstawowe informacje zastosowanych w MYRRHA rozwiązań. W MYRRHA mamy do czynienia z ADS czyli Accelerator Driven System. ADS posiada podkrytyczny rdzeń, w którym do podtrzymania reakcji w trybie podkrytycznym potrzebne jest zewnętrzne źródło neutronów. Reaktory z systemem ADS są także nazywane „wzmacniaczami energii”. W tym systemie występuje akcelerator, który produkuje protony wysokoenergetyczne. Protony te następnie w reakcji spalacji tworzą neutrony. Reakcja ta, zwana także reakcją kruszenia, ma miejsce na tarczy spalacji. W reaktorze MYRRHA rolę zarówno tarczy spalacji jak i chłodziwa pełni mieszanka eutektyczna ołowiowo-bizmutowa. Najbardziej popularnym do tej pory chłodziwem w reaktorach prędkich była sód. Mieszanka eutektyczna ołowiowo-bizmutowa zwana LBE posiada szereg pożądanych zalet , takich jak chociażby fakt, że jest chemicznie obojętna w stosunku do wody. Paliwem wykorzystywanym w reaktorze MYRRHA jest MOX czyli Mixed Oxide fuel czyli paliwo uranowo-plutonowe (UO2+PuO2). Pluton w paliwie MOX pochodzi głównie z przerobu wypalonego paliwa. Program, który został użyty do obliczeń neutronowych to SERPENT. SERPENT opiera się na metodzie Monte Carlo. Metoda ta oparta jest na zastosowaniu sekwencji liczb losowych w celu uzyskania wartości próbki dla tego równania. Metoda Monte Carlo imituje tor lotu cząstek i różne interakcje pomiędzy neutronami i materiałem. Zaletami tego kodu obliczeniowego w porównaniu do innych konwencjonalnych metod jest szybszy czas obliczeń i inny tryb śledzenia geometrii, co pozwala na możliwość rozpatrywania bardzo skomplikowanych kształtów.
File
  • File: 1
    finalnaagatazebryk.pdf
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT066fd18e05c84806929c6e8b2d7791a5/
URN
urn:pw-repo:WUT066fd18e05c84806929c6e8b2d7791a5

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page