MCNP AND ORIGEN CODES VALIDATION BY CALCULATING RBMK SPENT NUCLEAR FUEL ISOTOPIC COMPOSITION ^∗
R. Plukienė^a, A. Plukis^a, V. Remeikis^a, and D. Ridikas^b
aInstitute of Physics, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: rita@ar.fi.lt
^bC.E.A. Saclay, DSM/DAPNIA/SPhN, F-91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France

Received 22 June 2005

Benchmark calculations of RBMK reactor spent nuclear fuel isotopic composition were performed using the MCNP and ORIGEN codes system. The RBMK assembly is explicitly modelled in order to investigate the differences of spent nuclear fuel burn-up due to different coolant density and the fuel rod position (inner or outer ring in the assembly). The modelling results are compared with experimentally measured data of RBMK-1000 fuel isotopic composition with 2% enrichment ²³⁵U fuel at different fuel burn-up. The comparison of the experimentally measured and calculated isotopic composition for the main actinides and fission products allowed validation of MCNP and ORIGEN codes for RBMK spent nuclear fuel calculations. Variations of RBMK spent nuclear fuel burn-up and plutonium isotopic ratios depending on fuel location in the assembly were determined.

MCNP IR ORIGEN PROGRAMŲ PATIKRA RBMK REAKTORIAUS PANAUDOTO BRANDUOLINIO KURO IZOTOPINĖS SUDĖTIES VERTINIMUI
R. Plukienė^a, A. Plukis^a, V. Remeikis^a, D. Ridikas^b
aFizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^bC.E.A. Saclay, Gif-sur-Yvette Cedex, Prancūzija

Dabartinės kompiuterinės panaudoto branduolinio kuro sudėties reaktoriuje modeliavimo programos bei jose naudojami įvertintieji branduoliniai duomenys yra gerai pritaikyti labiausiai paplitusiems pasaulyje suslėgto (PWR) arba verdančio (BWR, VVER) lengvojo vandens reaktorių parametrams skaičiuoti. Nevienalyčiams reaktoriams su grafito lėtikiu, tokiems kaip RBMK-1500, dėl skirtingos geometrinės sandaros ir medžiagų sudėties bei fizikinių vyksmų savitumo, egzistuojančios programos yra sunkiai arba tik dalinai pritaikomos [1, 2]. Patikrintas MCNP ir ORIGEN programų tinkamumas RBMK reaktoriaus panaudoto branduolinio kuro izotopinės sudėties skaičiavimams. Modeliavimo rezultatai palyginti su eksperimentiniais RBMK-1000 kuro izotopinės sudėties duomenimis 2% ²³⁵U įsodrinimo kurui [5]. Parodyta, kad pagrindiniams branduolines atliekas apibūdinantiems ²³⁹Pu, ²⁴¹Pu, ²⁴⁴Cm nuklidams modeliavimo duomenys gerai sutampa su eksperimentiškai išmatuotais. Didžiausias skirtumas pastebėtas ²⁴⁴Cm, kadangi šio nuklido susidarymas labai priklauso nuo daugelio tarpinių produktų, jautrių neutronų spektro pasikeitimams. Modeliavimo ir eksperimentiniai rezultatai labai gerai sutapo dalijimosi produktams (Nd). Remiantis gautais rezultatais, galima teigti, kad MCNP+ORIGEN programų sistema tinka RBMK panaudotam branduoliniam kurui (PBK) apibūdinti. Taip pat ištirta PBK išdegimo bei plutonio izotopinių santykių priklausomybė nuo kuro tablečių padėties rinklėje, kai modeliuojant atsižvelgiama į skirtingą vandens tankį rinklėje ir kuro tablečių išsidėstymą atitinkamai vidiniame arba išoriniame kuro elementų žiede. RBMK kuro rinklės modeliavimo su išoriniu ir vidiniu kuro elementų žiedais bei keturiais skirtingais vandens tankio regionais rezultatai parodė, kad kuro išdegimas gali skirtis iki 10% kiekvienam skirtingo vandens tankio regionui rinklėje, o didžiausias 22% išdegimo skirtumas rastas tarp apatinės rinklės dalies vidinio ir vidurinės–viršutinės dalies išorinio kuro elementų žiedo. Plutonio izotopinių santykių analizė parodė, kad, priklausomai nuo kuro tablečių padėties kuro rinklėje, ²³⁸Pu/(²³⁹Pu+²⁴⁰Pu) aktyvumų santykis gali kisti iki 30%. ²⁴⁰Pu/²³⁹Pu aktyvumų santykis yra mažiau jautrus kuro tablečių padėčiai: nukrypimas nuo vidutinės kuro rinklės yra iki 12%. ²⁴²Pu/²³⁹Pu ir ²⁴⁰Pu/²³⁹Pu masių santykių kreivė, pagal kurią galima atskirti RBMK kurą nuo kitų tipų reaktorių kuro, praktiškai nepriklauso nei nuo kuro išdegimo, nei nuo kuro tabletės padėties rinklėje.