Materiaalikoostumuslaskurin valmistaminen reaktorifysiikan analyyseihin
Härmälä, Eemeli (2020)
Kandidaatintyö
2020
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020061845011
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020061845011
Tiivistelmä
Tässä työssä tarkastellaan, kuinka reaktorifysiikan analyysien valmisteluprosessia voitaisiin parantaa valmistamalla erillinen materiaalikoostumuslaskuri. Analyyseissa käytetyt laskentaohjelmistot vaativat laskennan lähtöarvoiksi laskettavien materiaalien isotooppijakauman joko massa- tai mooliosuuksina. Tämän työn tavoitteena on helpottaa tätä materiaalien määrittämisprosessia, sekä vähentää virheiden todennäköisyyttä valmistamalla erillinen laskuri materiaalikoostumusten määrittämiseen. Työssä myös käsitellään reaktorifysiikassa käytettävien laskentaohjelmistojen toimintaa neutronien elinkaarien avulla. Tätä varten käydään läpi neutroneihin liittyviä käsitteitä ja neutronin elinkaaren mallinnuksessa käytettyjä yleisimpiä deterministisiä sekä stokastisia laskutapoja.
Materiaalikoostumuslaskuria valmistaessa havaittiin, että laskentaohjelmistojen käyttämät apukirjastot eivät välttämättä tunnista kaikkien alkuaineiden luontaisia isotooppijakaumia, eikä kaikki niissä esiintyviä isotooppeja. Välttyäkseen tämän aiheuttamalta virheeltä laskentaohjelmistossa, laskuriin lisättiin ominaisuus muuttaa alkuaineet niiden luontaisiin isotooppijakaumiin, sekä korvata apukirjastolle tuntemattomat isotoopit. Valmiin laskurin toimivuus varmistettiin laskemalla sen avulla 20000 sattumanvaraisesti generoitua materiaalia. Laskuri suoriutui näistä laskuista ilman yhtään virhetilannetta ja laskettujen materiaalien massa- ja mooliosuudet olivat oikein.
Laskurin voidaan testien perusteella todeta vähentävän laskuvirheiden mahdollisuutta, sekä yleisesti helpottavan materiaalikoostumusten määrittämistä. Materiaalikoostumuslaskurin kehittämistä voitaisiin tulevaisuudessa jatkaa lisäämällä siihen kyky määrittää tiheyksiä ja ohjelmoimalla laskuri yhteensopivaksi useampien laskentaohjelmistojen kanssa.
Materiaalikoostumuslaskuria valmistaessa havaittiin, että laskentaohjelmistojen käyttämät apukirjastot eivät välttämättä tunnista kaikkien alkuaineiden luontaisia isotooppijakaumia, eikä kaikki niissä esiintyviä isotooppeja. Välttyäkseen tämän aiheuttamalta virheeltä laskentaohjelmistossa, laskuriin lisättiin ominaisuus muuttaa alkuaineet niiden luontaisiin isotooppijakaumiin, sekä korvata apukirjastolle tuntemattomat isotoopit. Valmiin laskurin toimivuus varmistettiin laskemalla sen avulla 20000 sattumanvaraisesti generoitua materiaalia. Laskuri suoriutui näistä laskuista ilman yhtään virhetilannetta ja laskettujen materiaalien massa- ja mooliosuudet olivat oikein.
Laskurin voidaan testien perusteella todeta vähentävän laskuvirheiden mahdollisuutta, sekä yleisesti helpottavan materiaalikoostumusten määrittämistä. Materiaalikoostumuslaskurin kehittämistä voitaisiin tulevaisuudessa jatkaa lisäämällä siihen kyky määrittää tiheyksiä ja ohjelmoimalla laskuri yhteensopivaksi useampien laskentaohjelmistojen kanssa.