XSUSA

Unsicherheiten in nuklearen Daten bewirken zwangsläufig auch Unsicherheiten in den Ergebnissen von Berechnungen. Gerade bei sicherheitsgerichteten Analysen des Kernverhaltens ist es deshalb wesentlich, die Unsicherheit der Rechenergebnisse zu kennen. Nur so lässt sich deren Zuverlässigkeit beurteilen. Daher werden Reaktorberechnungen zunehmend durch Unsicherheitsanalysen ergänzt. Diese sind häufig sehr rechenintensiv. Ihre systematische Durchführung wird erst durch die Leistungsfähigkeit heutiger Computer in großem Umfang ermöglicht.

Berechnung von Unsicherheiten mit dem GRS-Programm XSUSA
Die GRS hat zur Durchführung von Unsicherheitsanalysen mit nuklearen Daten, wie sie in den nuklearen Kovarianzmatrizen enthalten sind, das Sampling-basierte Programm XSUSA (Cross Section Uncertainty and Sensitivity Analysis“) entwickelt. Davor wurde die GRS-Methode mit dem Programmsystem SUSA  (“Software for Uncertainty and Sensitivity Analyses“) hauptsächlich in Bezug auf Unsicherheiten in thermohydraulischen Parametern eingesetzt. Hierbei wird für einen Anwendungsfall eine Vielzahl von Berechnungen durchgeführt, wobei für jede einzelne Berechnung veränderte nukleare Daten benutzt werden.

Die Variationen („Samples“) der Eingabedaten werden zufällig aus den gegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Parameter sowie möglicherweise vorhandener Korrelationen bestimmt. Beim Umgang mit nuklearen Daten und deren Unsicherheiten, wie sie in den Kovarianzmatrizen enthalten sind, sind nur die ersten beiden Momente der Verteilungen (Erwartungswerte und Kovarianzen) bekannt. Aus diesem Grunde werden gaußförmige Verteilungen unterstellt. Nach Durchführung aller Berechnungen (in der Regel 100 oder mehr) werden die relevanten Ergebnisgrößen statistisch analysiert und deren Unsicherheiten und Sensitivitäten bestimmt.

Programmsystem SCALE6
Als Programmsystem für die nuklearen Berechnungen wird das SCALE-6-System verwendet. Es hat die Vorteile, dass es
•    umfangreiche Sätze aktualisierter nuklearer Wirkungsquerschnitten,
•    Kovarianzdaten sowie fast alle benötigten Codes enthält,
•    Codes und Daten gut aufeinander abgestimmt und
•    sowohl Daten als auch Quellcodes frei verfügbar sind.

Die benötigten Tools zur Variation der nuklearen Daten ‒ entsprechend dem Sampling-Ergebnis sowie zur Handhabung der nuklearen Daten in allen Schritten der Berechnungskette ‒ sind innerhalb des XSUSA-Systems entwickelt worden. Zur Lösung der Transportgleichungen wurden bisher der 1D-SN-Code XSDRN für die Berechnung der Kritikalität von Brennstabzellen, der 2D-SN-Code NEWT für Spektralrechnungen in allgemeiner Geometrie, einschließlich der Erstellung von Wenig-Gruppen-Wirkungsquerschnitten und der 3D-Monte-Carlo-Code KENO für stationäre Reaktorkernberechnungen eingesetzt. Die Berücksichtigung der Fortpflanzung von Unsicherheiten in Abbrandberechnungen mit TRITON/NEWT ist ebenfalls möglich; die Berücksichtigung der Unsicherheiten in Zerfallsdaten und Spaltausbeuten ist in Vorbereitung.

All diese Codes zur Transportberechnung sind Teil des SCALE-6-Systems. In bestimmten Fällen wurde auch der 3D-Monte-Carlo-Code MCNP im Multigruppen-Modus angewandt. Zur Bestimmung der Ergebnisunsicherheiten in Kerntransienten-Berechnungen wird das gekoppelte Programmsystem QUABOX/CUBBOX - ATHLET eingesetzt.

Aktuelle Anwendungsbereiche
Aktuell führt die GRS mit XSUSA systematisch Unsicherheitsanalysen  für alle Arten von nuklearen Berechnungen durch und nimmt damit international eine führende Position im Bereich der Unsicherheitsanalysen für nukleare Daten ein.