使用SIMULATE-3與CASMO-4建立RELAP5-3D的一維動態模式之爐心資料

葉丞勛

指導教授 ： 薛燕婉 ； 陳健湘

國立清華大學/原子科學院/核子工程與科學研究所/碩士(2009年)

摘要

核電廠安全分析程式RELAP5-3D以往在爐心模擬的部分多採用點動態模式為主要的計算方法。目前為求其準確度改用一維節點動態模式，因而在建立RELAP5-3D輸入檔需要的參數及資料時會較複雜。本研究係利用三維爐心模擬程式SIMULATE-3與燃料束截面處理程式CASMO-4的計算結果來建立RELAP5-3D分析所需要的爐心中子物理參數。

由於SIMULATE-3與CASMO-4輸出檔所提供的資訊為三維/二維形式，故要將這些資料用在RELAP5-3D計算時必須先轉換為一維的形式。由於可用於處理SIMULATE-3與RELAP5-3D之間的連結程式SLICK在使用上有其困難，核能研究所陳健湘博士為此撰寫了AUTOXS2R5程式來進行這些轉換的過程，擷取SIMULATE-3與CASMO-4輸出檔中的資料並做處理，產生RELAP5-3D計算所需與爐心動態模擬相關的資料。

在將爐心資料從三維轉換到一維的過程中，必須對原始的資料做許多的近似及合併，在這過程中必然會出現誤差，所以必須透過SIMULATE-3與RELAP5-3D的交叉比對，才能初步判定所建立輸入檔的可用性。AUTOXS2R5之正確性初步通過撰寫者測試，完成核二廠一號機第20週期週期初(BOC)的RELAP5-3D輸入檔資料處理；RELAP5-3D使用此輸入檔進行計算，將所得之軸向功率與SIMULATE-3軸向功率比對，形狀非常接近。本研究以AUTOXS2R5進行週期末(EOC)RELAP5-3D輸入檔之準備與測試。測試結果頂部功率偏高，因而進行一維截面處理方式的分析與修改，以改善RELAP5-3D計算之軸向功率分佈。

在處理一維截面資料的過程中，空泡歷史、燃料溫度和瞬時空泡分率是直接影響各燃料截面準確性的重要因素。而將三維截面合併為一維截面所用的加權是另一影響一維截面代表性的重要因素。本研究在分析截面處理方式時發現，使用不同空泡歷史所產生的截面對RELAP5-3D計算出的軸向功率有著相當大程度的影響。截面合併採用伴隨函數加權也會使RELAP5-3D之軸向功率計算結果更趨近SIMULATE-3的軸向功率形狀。另外發現，RELAP5-3D使用SIMULATE-3的軸向功率求得之燃料溫度及空泡分率與SIMULATE-3有些許差異，在某種程度上也會影響各燃料截面之正確性，進而影響RELAP5-3D軸向功率計算結果。由於這些燃料溫度及空泡分率與RELAP5-3D熱水流的分區方法有關，本研究也根據分析結果對RELAP5-3D熱水流的分區提出建議。

未來在使用AUTOXS2R5程式時，若將軸向25個節點分別利用三種不同的空泡歷史來計算燃料截面，並採用較正確的熱水流分區，RELAP5-3D應可求出EOC及任何燃耗點之接近SIMULATE-3的軸向功率分佈。

關鍵字

一維動態模式 ； 一維爐心截面

參考文獻

1. RELAP5-3D© Code Manual, INEEL-EXT-98-00834, Revision 2.4, Idaho National Laboratory (2005).

2. SIMULATE-3 Advanced Three-Dimensional Two-Group Reactor Analysis Code User’s Manual, STUDSVIK/SOA-95/15-Rev.2 for Ver. 6.06.00, Studsvik Scandpower, Inc. (2001).

3. CASMO-4 A Fuel Assembly Burnup Program User’s Manual, STUDSVIK /SOA-95/1-Rev.0 for Ver.1.10, Studsvik Scandpower, Inc. (1995).

4. J.T. Cronin, SLICK SIMULATE-3 linking for core kinetics, Studsvik Report SOA-95/20 (1995).

5. 陳健湘，”AUTOXS2R5-1D自動化程式系統介紹”，核能研究所，2008。