Submitted by Almir Azevedo (barbio1313@gmail.com) on 2017-04-26T11:46:01Z No. of bitstreams: 1 Dissertação mestrado ien 2017 Willian Vieira de Abreu.pdf: 3750943 bytes, checksum: aa43def40faa54d93e960561f7604e9b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T11:46:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação mestrado ien 2017 Willian Vieira de Abreu.pdf: 3750943 bytes, checksum: aa43def40faa54d93e960561f7604e9b (MD5) Previous issue date: 2017-02 / No presente estudo objetivou-se realizar a análise das equações da cinética espacial aplicada em reatores unidimensionais tipo slab visando utilização em reatores Accelerator-driven System (ADS). A princípio, as equações estacionárias de nêutrons foram discretizadas por diferenças finitas com o esquema centrado na malha e, então, colocadas na forma matricial, com o fim de se monitorar o valor do Keff. Posteriormente, esse parâmetro foi aplicado em códigos que resolvem as equações da cinética espacial unidimensional no reator de interesse, utilizando, como referência, o método de Euler Implícito. Além disso, também foi utilizado o método de de Runge-Kutta com o controle do passo no tempo, modificado com os parâmetros de Kaps-Rentrop e de Shampine. Para certificar a correta resolução das equações da cinética por parte dos códigos, realizou-se sua validação em um Benchmark conhecido, o BSS6, dividido em dois casos: A1 e A2. Em seguida, transientes de relevância em reatores ADS e com a presença de uma fonte externa foram simulados. Com estas simulações, foi possível verificar que os códigos desenvolvidos mostraram resultados coerentes com o Benchmark, o que possibilitou a simulação dos transientes planejados. Com relação aos transientes, o código que utilizou o método de Runge-Kutta se comportou adequadamente e apresentou erros relativos percentuais abaixo de 1%, tanto para o parâmetro de Kaps-Rentrop, quanto para o parâmetro de Shampine, quando comparados ao método de Euler Implícito. Ademais, os transientes simulados através do método Runge-Kutta, independente do parâmetro, em quase todos os casos, foram mais rápidos que aqueles do método de Euler Implícito. Por fim, a partir desses dados, conclui-se que o código com controle no passo tempo foi eficiente e pode reduzir o tempo de processamento em transientes mais complexos. / In this study, we aimed to analyze the equations of spatial kinetics applied in one-dimensional slab reactors for use in Accelerator-driven System (ADS) reactors. At first, the neutron stationary equations were discretized by finite differences with the mesh-centered scheme and, then, placed in the matrix form to monitor the Keff value. Subsequently, this parameter was applied in codes that solve the one-dimensional spatial kinetics equations in the reactor of interest, using as reference the Implicit Euler method. In addition, the Runge-Kutta method with time step control, modified with Kaps-Rentrop and Shampine parameters, was also used. In order to certify the correct resolution of the kinetic equations by the codes, their validation was performed in a known Benchmark, the BSS6, divided into two cases: A1 and A2. Thereafter, transients of relevance in ADS reactors and with the presence of an external source were simulated. With these simulations, it was possible to verify that the developed codes showed results consistent with the Benchmark, which allowed the simulation of the planned transients. Regarding the transients, the code which used the Runge-Kutta method behaved properly and presented a percentual deviation of less than 1, for both the Kaps-Rentrop and the Shampine parameters, when compared to the Implicit Euler method. In addition to that, the transients simulated through the Runge-Kutta method, independently from the parameter, in almost all cases, were faster than those which used the Implicit Euler method. Finally, from these data, it was possible to conclude that the code with control in the step time was efficient and can reduce the processing time in more complex transients.

Este trabalho apresenta um estudo da Física dos Sistemas dirigidos por Fontes Externas (ADS). É apresentada a definição de alguns parâmetros estáticos e cinéticos da Física do reator que são importantes na avaliação e definição destes sistemas. O objetivo é demonstrar que há diferenças nestes parâmetros quando o sistema está no nível crítico ou subcrítico. Além disso, o trabalho mostra as diferenças observadas nos parâmetros para diferentes modelos de cálculo. São mostradas nesta dissertação duas metodologias de cálculo: Gandini&Salvatores e Dulla e são calculados alguns destes parâmetros utilizando as duas metodologias. O código determinístico de transporte ANISN é utilizado no cálculo destes parâmetros. Numa configuração subcrítica do Reator IPEN/MB-01 dirigido por uma fonte externa de nêutrons são calculados alguns parâmetros físicos. No final do trabalho são apresentadas as conclusões obtidas através destes cálculos. / This work presents the Physics of Source Driven Systems (ADS). It shows some statics and kinetics parameters of the reactor Physics and when it is sub critical, that are important in evaluation and definition of these systems. The objective is to demonstrate that there are differences in parameters when the reactor is critical. Moreover, the work shows the differences observed in the parameters for different calculation models. Two calculation methodologies are shown in this dissertation: Gandini&Salvatores and Dulla, and some parameters are calculated. The ANISN deterministic transport code is used in calculation in order to compare these parameters. In a sub critical configuration of IPEN/MB-01 Reactor driven by an external source some parameters are calculated. The conclusions about calculation realized are presented in end of work.

Este trabalho apresenta um estudo da Física dos Sistemas dirigidos por Fontes Externas (ADS). É apresentada a definição de alguns parâmetros estáticos e cinéticos da Física do reator que são importantes na avaliação e definição destes sistemas. O objetivo é demonstrar que há diferenças nestes parâmetros quando o sistema está no nível crítico ou subcrítico. Além disso, o trabalho mostra as diferenças observadas nos parâmetros para diferentes modelos de cálculo. São mostradas nesta dissertação duas metodologias de cálculo: Gandini&Salvatores e Dulla e são calculados alguns destes parâmetros utilizando as duas metodologias. O código determinístico de transporte ANISN é utilizado no cálculo destes parâmetros. Numa configuração subcrítica do Reator IPEN/MB-01 dirigido por uma fonte externa de nêutrons são calculados alguns parâmetros físicos. No final do trabalho são apresentadas as conclusões obtidas através destes cálculos. / This work presents the Physics of Source Driven Systems (ADS). It shows some statics and kinetics parameters of the reactor Physics and when it is sub critical, that are important in evaluation and definition of these systems. The objective is to demonstrate that there are differences in parameters when the reactor is critical. Moreover, the work shows the differences observed in the parameters for different calculation models. Two calculation methodologies are shown in this dissertation: Gandini&Salvatores and Dulla, and some parameters are calculated. The ANISN deterministic transport code is used in calculation in order to compare these parameters. In a sub critical configuration of IPEN/MB-01 Reactor driven by an external source some parameters are calculated. The conclusions about calculation realized are presented in end of work.

Este trabalho apresenta uma nova abordagem experimental para determinar a reatividade de sistemas subcríticos. O método a ser apresentado utiliza o modelo da cinética subcrítica desenvolvido por Gandini e Salvatores e baseia-se apenas em grandezas medidas, tais como a taxa de contagem no detector, e nos parâmetros que surgem do ajuste dos mínimos quadrados APSD (Auto Power Spectral Density) e CPSD (Cross Power Spectral Density), não sendo necessário lidar com as quantidades de maior complexidade como a eficiência de detector. A única hipótese feita neste método foi que a fração efetiva de nêutrons atrasados e o tempo de geração de nêutrons prontos fossem independentes do nível de subcriticalidade do sistema. O método proposto foi aplicado nas medidas de reatividade de várias configurações subcríticas do reator IPEN/MB-01. Foram realizadas medidas da APSD e CPSD em diversos graus de subcriticalidade (até em torno de -7000 pcm). Nos dados das densidades espectrais foram feitos ajustes por meio do método de mínimos quadrados para obter a constante de decaimento pronto (α) e outras grandezas. Com a finalide de melhorar as estatísticas de contagem de nêutrons, fonte externa de nêutrons de Am-Be foi instalada próximo ao núcleo, além da fonte de partida. O método experimental proposto mostra claramente que, a teoria da cinética pontual clássica não descreve a reatividade medida. Em vez disso, a reatividade inferida a partir do modelo da cinética pontual clássica é próxima, em seus valores absolutos, ao índice de subcriticalidade (ζ) para um determinado arranjo das fontes do experimeno. A concordância dos resultados obtidos por MCNP5 e GPT-TORT, ambos utilizando os dados nucleares da biblioteca ENDF/B-VII.0, com os resultados experimentais correspondentes são de boa qualidade. / This work presents a new experimental approach to determine the reactivity levels of subcritical systems. The method employs the subcritical kinetic model developed by Gandini and Salvatores and it is based only on measured quantities such as counting rates of the detectors employed in the experiments and the parameters arising from the least squares fitting of the APSD (Auto Power Spectral Density) and CPSD (Cross Power Spectral Density). Detector efficiencies, quantity required in other procedures such as Neutron Source Multiplication (NSM) method, are not needed in the proposed method. The only hypothesis made in the method was the independence of the effective delayed neutron fraction and the prompt neutron generation time to the subcriticality level of the system. The proposed method was applied to measure the reactivity of several subcritical configurations of the IPEN/MB-01 reactor. Measurements of APSD and CPSD were performed in several degrees of subcriticality (up to around -7000 pcm). The spectral densities data were least squares fitted to get the prompt decay mode (α) and other quantities. Beside the startup source of the facility, an external neutron source of Am-Be was installed near the core in order to improve neutron counting statistics. The final experimental results are of good quality. The proposed experimental method shows clearly that the classical point kinetic theory cannot describe the measured reactivity. Instead, the reactivity inferred from this model follows closely the subcriticality index (ζ) for the source arrangements in the experiment. The agreement of the MCNP5 and GPT-TORT results, both with ENDF/B-VII.0 as the basic nuclear data library, when compared to the corresponding experimental ones was also good.

Este trabalho apresenta uma nova abordagem experimental para determinar a reatividade de sistemas subcríticos. O método a ser apresentado utiliza o modelo da cinética subcrítica desenvolvido por Gandini e Salvatores e baseia-se apenas em grandezas medidas, tais como a taxa de contagem no detector, e nos parâmetros que surgem do ajuste dos mínimos quadrados APSD (Auto Power Spectral Density) e CPSD (Cross Power Spectral Density), não sendo necessário lidar com as quantidades de maior complexidade como a eficiência de detector. A única hipótese feita neste método foi que a fração efetiva de nêutrons atrasados e o tempo de geração de nêutrons prontos fossem independentes do nível de subcriticalidade do sistema. O método proposto foi aplicado nas medidas de reatividade de várias configurações subcríticas do reator IPEN/MB-01. Foram realizadas medidas da APSD e CPSD em diversos graus de subcriticalidade (até em torno de -7000 pcm). Nos dados das densidades espectrais foram feitos ajustes por meio do método de mínimos quadrados para obter a constante de decaimento pronto (α) e outras grandezas. Com a finalide de melhorar as estatísticas de contagem de nêutrons, fonte externa de nêutrons de Am-Be foi instalada próximo ao núcleo, além da fonte de partida. O método experimental proposto mostra claramente que, a teoria da cinética pontual clássica não descreve a reatividade medida. Em vez disso, a reatividade inferida a partir do modelo da cinética pontual clássica é próxima, em seus valores absolutos, ao índice de subcriticalidade (ζ) para um determinado arranjo das fontes do experimeno. A concordância dos resultados obtidos por MCNP5 e GPT-TORT, ambos utilizando os dados nucleares da biblioteca ENDF/B-VII.0, com os resultados experimentais correspondentes são de boa qualidade. / This work presents a new experimental approach to determine the reactivity levels of subcritical systems. The method employs the subcritical kinetic model developed by Gandini and Salvatores and it is based only on measured quantities such as counting rates of the detectors employed in the experiments and the parameters arising from the least squares fitting of the APSD (Auto Power Spectral Density) and CPSD (Cross Power Spectral Density). Detector efficiencies, quantity required in other procedures such as Neutron Source Multiplication (NSM) method, are not needed in the proposed method. The only hypothesis made in the method was the independence of the effective delayed neutron fraction and the prompt neutron generation time to the subcriticality level of the system. The proposed method was applied to measure the reactivity of several subcritical configurations of the IPEN/MB-01 reactor. Measurements of APSD and CPSD were performed in several degrees of subcriticality (up to around -7000 pcm). The spectral densities data were least squares fitted to get the prompt decay mode (α) and other quantities. Beside the startup source of the facility, an external neutron source of Am-Be was installed near the core in order to improve neutron counting statistics. The final experimental results are of good quality. The proposed experimental method shows clearly that the classical point kinetic theory cannot describe the measured reactivity. Instead, the reactivity inferred from this model follows closely the subcriticality index (ζ) for the source arrangements in the experiment. The agreement of the MCNP5 and GPT-TORT results, both with ENDF/B-VII.0 as the basic nuclear data library, when compared to the corresponding experimental ones was also good.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Um método numérico espectronodal (END) livre de erros de truncamento espacial é desenvolvido para problemas unidimensionais de difusão de nêutrons monoenergéticos em duas versões. Na versão de problemas de autovalor, o método gera soluções numéricas para o perfil do fluxo escalar e para o fator de multiplicação efetivo (k), que coincidem com a solução analítica dominante, afora os erros da aritmética finita computacional. Na versão de fonte fxa, o método também gera soluções numéricas analíticas para o problema de fonte fixa correspondente, onde a fonte de fissão, com dependência espacial, é obtida analiticamente, a partir da reconstrução espacial do fluxo escalar gerado pelo método END para problemas de autovalor. Alguns experimentos numéricos são apresentados para dois problemas modelos a fim de ilustrar a precisão do método.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Um método numérico espectronodal (END) livre de erros de truncamento espacial é desenvolvido para problemas unidimensionais de difusão de nêutrons monoenergéticos em duas versões. Na versão de problemas de autovalor, o método gera soluções numéricas para o perfil do fluxo escalar e para o fator de multiplicação efetivo (k), que coincidem com a solução analítica dominante, afora os erros da aritmética finita computacional. Na versão de fonte fxa, o método também gera soluções numéricas analíticas para o problema de fonte fixa correspondente, onde a fonte de fissão, com dependência espacial, é obtida analiticamente, a partir da reconstrução espacial do fluxo escalar gerado pelo método END para problemas de autovalor. Alguns experimentos numéricos são apresentados para dois problemas modelos a fim de ilustrar a precisão do método.