Desarrollo de un modelo nodal tridimensional, con efectos de heterogeneidad en las secciones eficaces y factores de discontinuidad, para análisis de núcleos de agua a presión

Résumé

El interés creciente en simuladores de entrenamiento de alta fidelidad en tiempo real y simuladores integrados de planta, está haciendo imprescindible el desarrollo de códigos tridimensionales de análisis de núcleo capaces de simulaciones de alta precisión en un tiempo reducido de ejecución. El correcto tratamiento de las heterogeneidades, tanto las asociadas a la composición como a la operación, constituye el problema pendiente en esos códigos de analisis tridimensional, lo que ha exigido una revisión de los métodos de calculo por razones de fiabilidad de los resultados. En este trabajo de investigación se propone una metodología de generación de parametros nodales con el objetivo de mejorar el tratamiento de los efectos de heterogeneidad tridimensional en los códigos nodales de análisis de nucleos de agua a presión. Se profundiza en las dependencias de las secciones eficaces y factores de discontinuidad en dos grupos con las principales variables locales instántaneas(neutrónicas y termohidráulicas), y con variable espectrales no lineales(historia espectral y vecindad direccional). Se demuestra que la correcta separación de los efectos involucrados, así como la elección de variables espectrales adecuadas, permiten tener en cuenta el efecto no lineal de las distribuciones de quemado y flujo en el interior del nodo sobre las secciones eficaces y factores nodales. Es decir, se considera la heterogeneidad intranodal en los propios parametros nodales, en lugar de considerarla en el proceso de calculo nodal tridimensional, como hacen la mayoria de los metodos actuales(lo que los lleva a calculos muy costosos computacionalmente). Otra ventaja adicional del nuevo metodo propuesto en la Tesis es que los efectos de heterogeneidad se calculan en dos dimensiones, con un punto de malla por barrita, es decir, teniendo fielmente en cuenta la posición y clase de cada barra combustible o absorvente. En los métodos existentes estos efectos se calculan en una dimensión, con integración transversal y para elementos homogeneizados o con heterogeneidades lineales o cuadráticas. En el cálculo real tridimensional las secciones eficaces y factores de discontinuidad en dos grupos se calcularán interpolando nodo a nodo las dependencias sintetizadas, en función de las condiciones locales y de vecindad reales de cada nodo en el interior del nucleo, independientemente de su posición radial o axial. De este modo se mejora en rapidez y precisión la propia solución nodal tridimensional, ya que el método de realimentación de los parametros nodales es una manera muy efectiva de tener en cuenta los efectos no lineales. Este tratamiento es totalmente original, constituyendo una alternativa a los métodos previos. La metodología es aplicable a cualquier metodo nodal, y ha sido implantada en particular en un código nodal bidimensional, SIMULA-2D, como paso previo a su implantación en el simulador neutrónico-termohidráulico acoplado de nucleos PWR SIMTRAN. Con ello se dispondrá de uno de los simuladores tridimensionales de núcleos de agua a presión mas rapido y preciso, y por tanto óptimo para su utilización como simulador en tiempo real, o como parte integrante de los simuladores de planta.