KMACS - Kernsimulator

Mit dem GRS-Simulationsprogramm KMACS (Kernsimulator, a Modular Adaptable Core Simulator) lassen sich Kernzustände bei Druckwasserreaktoren innerhalb eines Betriebszyklus, vom Beladen bis zum Wiederabfahren, errechnen. Ausgehend vom Schema der Beladung des Reaktorkerns mit frischen und teilweise abgebrannten Brennelementen errechnet der Code zum Beispiel detaillierte Temperatur- und Leistungsverteilungen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Leistungen der Brennelemente im Reaktorkern (normiert auf die mittlere Brennelement-Leistung) für einen Vor-KONVOI-Reaktor zu Zyklusbeginn (Bild: GRS)

Abhängig von der lokalen Freisetzung von Spaltwärme und der Energie der Neutronen entwickelt sich das Nuklidinventar räumlich unterschiedlich. Mit Hilfe von KMACS lassen sich beispielsweise diejenigen Brennelemente genau verfolgen, deren Leistung bzw. Nachzerfallswärme führend ist. Daraus kann eine realistische Ausgangssituation des Reaktorkerns für eine Stör- oder Unfallsimulation ermittelt werden. Die mit KMACS berechneten Nuklidinventare sind zudem im Rahmen von Entsorgungsanalysen nutzbar.

Mit der Energiefreisetzung im Normalbetrieb nimmt das Inventar an spaltbarem Material und damit auch die Überschuss-Reaktivität ab, die durch die Steuerstäbe oder durch Borsäure im Kühlmittel aufgefangen werden muss. Folglich nimmt auch die kritische Borkonzentration über den Betriebszyklus ab. Dies lässt sich mit Hilfe von KMACS berechnen (siehe Abbildung 2).

KMACS ist modular aufgebaut und basiert auf externer und GRS-eigener Software (QUABOX/CUBBOX, ATHLET). Der Code enthält Elemente aus Programmen zur Erzeugung von Wirkungsquerschnitten, der Berechnung des Reaktorzustands und der Ermittlung von Abbrand und Nuklidinventar. Da KMACS im Vergleich zu kommerziellen Kernsimulatoren auf unabhängigen, frei verfügbaren Programmen aufbaut, stellt er eine diversitäre Alternative zu diesen dar. Dadurch ist KMACS bestens für unabhängige Vergleichsrechnungen geeignet.Abbildung 2: Kritische Borkonzentration in ppm während des Betriebszyklus eines Druckwasserreaktors. Die mit KMACS ermittelten Werte (rot) im Vergleich zu den tatsächlichen Messungen (blau) (Bild: GRS)