CASMO5-koppipalamaohjelman validointi Loviisan voimalaitokselle

Abstract

Loviisan ydinvoimalaitoksen lataussuunnittelussa reaktorisydämen teoreettinen tehojakauma ja tehojakaumasta riippuvat termohydrauliset suureet ratkaistaan käyttämällä kolmiulotteista nodaaliohjelmaa HEXBU-3D ja sauvatehojen rekonstruktio-ohjelmaa ELSI- 1440. Kyseisiä ohjelmia käytetään myös reaktorivalvonnassa ohjelmassa RESU-98, joka yhdistää teoreettisesti laskettuun tehojakaumaan reaktorista mitattua lämpötila- ja neutronivuodataa, jolloin laskennan tuloksena saadaan paras mahdollinen arvio reaktorin todellisesta tehojakaumasta. Sekä HEXBU-3D että ELSI-1440 perustuvat kaksiryhmäiseen diffuusioteoriaan, johon tarvittavat kaksiryhmävakiot lasketaan koppipalamaohjelmalla. Loviisan voimalaitoksen lataussuunnittelua sekä reaktorivalvontaa varten ollaan ottamassa tuotantokäyttöön koppipalamaohjelma CASMO5, jonka validointi on tämän työn aihe.

Validointi toteutettiin vertaamalla CASMO5:n avulla laskettuja tuloksia Monte Carlo -ohjelman Serpent 2:n ja tuotantokäytössä olevan koppipalamaohjelman CASMO-4E:n avulla laskettuihin tuloksiin. Verrattuja tuloksia olivat äärettömän hilan kasvutekijät, kaksiryhmävakiot sekä tasapainolatauksen reaktorifysikaaliset ominaisuudet. Lisäksi CASMO5: n ja CASMO-4E:n avulla ennustettuja nipputehoja ja kriittisiä boorikonsentraatioita verrattiin todellisen jakson mittaustuloksiin.

Vertailutulosten perusteella CASMO5 ei aiheuta suuria muutoksia lataussuunnittelussa ja reaktorivalvonnassa käytettyjen ohjelmien laskemiin tuloksiin. CASMO5-ohjelmaa käyttämällä sydänsimuloinnin tulokset ovat vähintään yhtä tarkkoja kuin CASMO-4E-ohjelmalla. Huomionarvoisia muutoksia simulointituloksissa ovat reaktorisydämen tasaisemmat tehojakaumat, suuremmat termiset marginaalit, parempi kriittisen boorikonsentraation ennustus käyttöjakson alussa sekä hieman parempi vastaavuus ennustettujen ja mitattujen nipputehojen välillä käyttöjakson aikana. Validoinnin johtopäätös on, että CASMO5 soveltuu tuotantokäyttöön Loviisan voimalaitoksen lataussuunnitteluun ja reaktorivalvontaan.

In the core design of Loviisa nuclear power plant, three-dimensional power distribution and thermal margins of the reactor core are calculated with nodal code HEXBU-3D and pin power reconstruction program ELSI-1440. These programs are also used in core monitoring program RESU-98, which uses coolant temperature and neutron flux measurements to correct calculated theoretical power distribution. Both HEXBU-3D and ELSI-1440 are based on two-group diffusion theory and the two-group constants required by the theory are created with a lattice physics code. In this work, lattice physics code CASMO5 is validated for the core design and monitoring systems of the Loviisa nuclear power plant.

Validation of CASMO5 was carried out by comparing results produced with CASMO5 against results produced with Monte Carlo program Serpent 2 and CASMO-4E, which is the lattice physics code currently used in production. Compared results were infinite multiplication factors, two-group constants and reactor physical properties of an equilibrium loading pattern. Also, theoretical assembly powers and critical boron concentrations based on CASMO5 and CASMO-4E two-group constants were compared against measurements from a realized cycle.

Based on the comparison results, CASMO5 will not create significant changes to the results produced by the core design and monitoring programs. When CASMO5 is used, reactor core is simulated at least as accurately as when CASMO-4E is used. Noteworthy changes in the simulation results are more even power distributions, larger thermal margins, better prediction of critical boron concentration in the beginning of cycle and slightly better prediction of assembly powers during cycle. Conclusion of the validation is that CASMO5 is suitable for production use in the core design and monitoring systems of the Loviisa power plant.