Deterministické metody v reaktorové fyzice

Garant předmětu:

Jan Frýbort

Přednášející:

Jan Frýbort, Pavel Suk

Cvičící:

Jan Frýbort, Pavel Suk

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Předmět je zaměřen na přípravu jaderných dat pro matematické modelování ve fyzice jaderných reaktorů, analytická a numerická řešení různých deterministických metod v reaktorových systémech, statistické metody ve fyzice jaderných reaktorů a modelování vyhoření v jaderných reaktorech. V rámci předmětu je kladen důraz na praktické ukázky, cvičení a na samostatnou práci studentů při řešení modelových příkladů. Posluchači, kteří předmět absolvují, získají kromě teoretických znalostí i praktické zkušenosti s různými metodami a přístupy při modelování neutronově fyzikálních charakteristik jaderných zařízení a jejich aplikaci na reálné reaktorové soustavy.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvod do problematiky jaderných dat

Rozsah: 2 přednášky

Témata přednášek:

Úvodní přednáška, uvedení do problematiky, začlenění přednášek do studia a návaznost na jiné předměty, cíle výuky a zavedení systému hodnocení pomocí domácích úkolů. Jaderná data pro matematické modelování ve fyzice jaderných reaktorů - úvod do teorie účinných průřezů, experimentální měření účinných průřezů, stanovování účinných průřezů výpočtem, knihovny zhodnocených jaderných dat (JEFF, JENDL, ENDF/B), celkový přehled a dělení knihoven jako zdrojů dat,

2. Jaderná data pro matematické modelování ve fyzice jaderných reaktorů

Rozsah: 3 přednášky

Témata přednášek:

Práce s knihovnami jaderných dat - programy na hledání a vizualizaci knihovních dat, zejména mikroskopických účinných průřezů, internetové zdroje dat, kódy na speciální práci s jadernými daty, zejména převod dat z obecného formátu do formátů pro výpočetní kódy (důraz na data ve formátu ACE pro MCNP a Serpent), program NJOY (základní program pro převody a úpravy účinných průřezů). Detailní popis problematiky grupových jaderných dat.

3. Úvod do matematického modelování ve fyzice jaderných reaktorů

Rozsah: 2 přednášky

Témata přednášek:

Základní přístupy při neutronických výpočtech reaktorových systémů, analytická a numerická řešení difuzní a transportní rovnice, volba fyzikálního modelu, význam benchmark testů v matematickém modelování reaktorových systémů.

4. Deterministické metody matematického modelování ve fyzice jaderných reaktorů: úroveň palivových souborů

Rozsah: 3 přednášky

Témata přednášek:

Definice výpočetní úlohy, nastavení systému úpravy jaderných dat na samostínění, iterační schéma pro určení koeficientu násobení, výpočty variací vstupních podmínek, určení koeficientů reaktivity, nejistota výpočtu vyplývající z nejistit jaderných dat, analýza citlivosti výsledku na vstupní data, výpočty vyhoření palivových souborů, Batemanova rovnice a jednogrupová jaderná data pro výpočty vyhoření.

5. Deterministické metody matematického modelování ve fyzice jaderných reaktorů: úroveň aktivní zóny

Rozsah: 3 přednášky

Témata přednášek:

Provedení homogenizace a parametrizace makroskopických jaderných dat, zavedení dvoukrokového výpočetního schématu, definice výpočetního modelu a určení základních charakteristik palivové vsázky.

Osnova cvičení:

Témata cvičení:

Zpracování a vizualizace jaderných dat. Program NJOY, převod zhodnocených dat do formátu ACE, tvorba grupových dat pro uživatelem specifikované hranice grup, export z NJOY do kvalitních PS obrázků pro publikace či prezentace výsledků.

Jaderná data a výpočty palivových souborů. Vytvoření deterministického 2D modelu palivového souboru tlakovodního reaktoru, definice materiálových a provozních charakteristik, volby pro jaderná data (model samostínění, anizotropie roztylu), analýza teplotních zpětných vazeb, určování citlivostí koeficientu násobení na jaderná data, rozbor nejistot výpočtu.

Homogenizace dat a výpočty aktivních zón. Způsoby provedení homogenizace a parametrizace makroskopických jaderných dat, vytvoření modelu celé aktivní zóny, provedení výpočtu a vyhodnocení výsledků.

Cíle studia:

Detailní znalost různých druhů jaderných dat a oblastí jejich použití. Orientace v deterministickém modelování palivových souborů a jaderných reaktorů pro statické případy i výpočty vyhořívání. Schopnost samostatného zpracování jaderných dat a pochopení logiky výpočtu i pro alternativní deterministické výpočetní programy.

Studijní materiály:

LAMARSH, John R. Introduction to nuclear reactor theory. LaGrange Park: American Nuclear Society, 2002. ISBN 0-89448-040-5.

REUSS, Paul. Neutron physics. Les Ulis Cedex: EDP Sciences, 2008. ISBN 978-2-7598-0041-4.

HOFFMAN, Joe D. Numerical methods for engineers and scientists. 2nd ed., rev. and expanded. New York: Marcel Dekker, 2001. ISBN 0-8247-0443-6.

HÉBERT, Alain. Applied reactor physics. Québec: Presses internqationales Polytechnique, 2009. ISBN 978-2-553-01436-9.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2025/2026:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderné inženýrství - Jaderné reaktory (povinně volitelný předmět)