Dinamik Monte Carlo tekniği ile zamana bağlı nükleer reaktör analizi
Time-dependent nuclear reactor analysis with dynamic Monte Carlo techniques
Yazar: BAHRAM RASHIDIAN MALEKI
Danışman: PROF. DR. MEHMET TOMBAKOĞLU ; PROF. DR. SEDAT GOLUOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, nükleer sistemlerin zamana bağlı analizinde kullanılmak üzere analog olmayan Dinamik Monte Carlo (DMC) tekniği sunulmuştur. Önerilen benzeşim yönteminin geçerliliği, bir dizi zamana bağlı referans çalışmasının sonuçlarıyla doğrulanmıştır. Ayrıca, kaynak güdümlü sistemlerin (KGS) denge koşulu ve zamana bağlı davranış analizleri için, DMC yöntemini kullanarak zamana bağlı Green fonksiyon üretim tekniği sunulmuştur. Geliştirilen yeni yöntemin doğruluğu ise, KGS'lerin farklı referans çözümleri ile örtüştüğü gösterilerek kanıtlanmıştır.
Geleneksel Nokta Reaktör Kinetiği Modellerinde (NRKM), ağırlıklı nötron yoğunluğu (genlik fonksiyonu) güç ve nötron yoğunluğu ile orantılı alınmaktadır. Ağırlık fonksiyonu ise, hesaplanan kinetik parametrelerinin ve genlik fonksiyonunun, sistemin gerçek davranışını vermesi için uygun seçilmelidir. Bu tez çalışmasında gücün ve nötron yoğunluğunun zaman bağlılıklarının birbirinden tamamen farklı olabileceği durumların varlığı gösterilmiştir. Bu nedenle, geleneksel NRKM'den farklı olarak, gerçek nötron yoğunluğunu ve gerçek gücü veren, bir ve iki nokta reaktör kinetik modelleri geliştirilmiştir. Seçilen farklı ağırlık fonksiyonları için, türetilmiş NRKM'leri tek enerji gruplu yansıtıcılı levha reaktörünün zamana bağlı analizi yapılarak test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, Özfonksiyon Açılım Yöntemi (ÖAY) ile hesaplanan hatasız gerçek nötron yoğunluğu ve güç sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. 
Bunlara ek olarak, reaktivite geri besleme etkisi dâhil olduğu durumlarda, farklı pertürbasyonlar sonucu, yansıtıcılı reaktörün bir ve iki nokta reaktör kinetik modellerinin benzeşimi için Nokta Kinetik Monte Carlo adlı analog olmayan dinamik Monte Carlo yöntemi ve Stokastik Nokta Reaktör Kinetik Modeli geliştirilmiştir. Son olarak, NRKM'lerin benzeşimi için daha düşük standart sapmaya sahip, analog olmayan bir stokastik kinetik model önerilerek, sonuçları analog stokastik nokta kinetik modelle karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this study, a detailed non-analog Dynamic Monte Carlo (DMC) methodology is provided and used to investigate the transient analysis of nuclear systems. The validity of the given methodology is demonstrated by solving a set of time-dependent benchmark problems. We also developed a new technique to generate time dependent Green's functions using DMC to perform transient analysis of source-driven systems (SDSs). The equilibrium and transient responses of SDSs are determined by using these generated Green's functions. This novel method is validated with comparison to different transient benchmark problem of SDSs.  
In the conventional Point Reactor Kinetics Models (PRKMs), the time evolution of both neutron population and power are taken proportional to the weighted neutron density (amplitude function). The weight function must be chosen in such a way that the calculated kinetics parameters and amplitude function are as accurate as possible to characterize actual system. In this work, it is shown that, there are cases where the time dependency of power and neutron population differ. To overcome this problem, we derived the general forms of one- and two- point reactor kinetics models by using the actual neutron population and power, which are different from the conventional PRKMs. For different weight functions, the derived PRKMs are tested for transient analysis of one speed reflected slab reactors. Thus, obtained results are compared with the exact analytical solutions given by the Eigenfunction Expansion Method (EEM).  
Furthermore, for different amount of reactivity insertions, taking into account the reactivity feedback, both non-analog dynamic Monte Carlo method named Point Kinetics Monte Carlo (PKMC) and Stochastic Point Reactor Kinetics Model (SPRKM) are developed, to simulate one- and two-point reactor kinetic models of the reflected reactors. Finally, a non-analog stochastic kinetics model is developed to simulate the PRKMs and compared with analog stochastic point kinetics model.