(GRS-842) Analysis of the fixed-source Option and the weight-window Implementation in Serpent

Förderkennzeichen 4722E03240

In dieser Arbeit werden die Optionen des Codes Serpent bewertet, die für Abschirmungsberechnungen relevant sind: der Rechenmodus mit vorgegebener Quelle (fixed-source), der Photonentransport und die Anwendung der Methoden zur Varianzreduktion.

Zwei verschiedene Aspekte des Rechenmodus mit vorgegebener Quelle werden getestet. Einer davon ist die Fähigkeit, die Anzahl der verfolgten Teilchen in multiplikativen Medien zu kontrollieren, z. B. um Zerfallsneutronen in einem Lager bestrahlter Brennelemente zu modellieren. Verschiedene in Serpent verfügbare Methoden werden an einem Modell getestet, das eine Anpassung der Neutronenmultiplikation ermöglicht. Die Effizienz der Methoden und deren Einfluss auf das berechnete zeitabhängige Neutronenflussverhalten werden bewertet. Es wird gezeigt, dass die allgemeinste Methode der dynamische Simulationsmodus einer externen Quelle ist (dynamic external source simulation mode).

Ein weiterer Aspekt des Rechenmodus mit vorgegebener Quelle ist die Anwendung von Varianzreduktionstechniken mit gewichteten Zellen (weight-windows), um die Verteilung der Teilchen im Raum- und Energiebereich zu kontrollieren. Serpent bietet Mittel zur Anwendung eines vom Benutzer vorgegebenen weight-window Parameters, der auf einem Zylinder oder einem rechteckigen räumlichen Gitter sowie auf einem beliebigen Energiegitter definiert ist. Zudem gibt es Optionen zur Generierung solcher weight-window-Gitter global oder für bestimmte Nuklid-Reaktionen. Die iterative Methode zur Generierung von weight-window-Gitter wird an zwei Modellen getestet, die sich im 
Absorptionsfaktor des Flusses unterscheiden. Einige Empfehlungen zur Wahl des Gitters und der Iterationsparameter können formuliert werden.

Die Modellierung der Physik des Neutronen- und Photonentransports in Serpent wird durch den Vergleich mit experimentellen Ergebnissen und entsprechenden MCNP-Berechnungen validiert. Eines der Abschirmbenchmarks aus dem International Criticality Safety Benchmark Evaluation Project (ICSBEP) Handbuch wird mit Serpent berechnet. Die Rechnungen zeigen, dass Serpent vergleichbare Ergebnisse wie MCNP erzielt. Der Effekt einiger Modellierungsoptionen wird im Detail untersucht.

Die durchgeführten Arbeiten zeigen, dass Serpent routinemäßig für Abschirmrechnungen als tragfähige Alternative zu MCNP angewendet werden kann.