Laskentakoodien vertailu säteilymittarien sijoitus- ja suorituskykyanalyysissä
Kaartinen, Leo Reino Daniel (2019)
Diplomityö
Kaartinen, Leo Reino Daniel
2019
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019052216568
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019052216568
Tiivistelmä
Työssä tehtiin vertailu Serpentin ja MCNP:n välillä säteilyturvallisuuteen liittyvässä laskentatapauksessa. Vertailun tuloksien perusteella muodostettiin arvio Serpent-koodin soveltuvuudesta käytännön säteilyturvallisuuden työhön. Vertailutapauksena oli Loviisan ydinvoimalaitoksen vakavan reaktorionnettomuuden aikaisen gammasäteilyä mittaavan päästöilmaisimen sijoitus- ja suorituskykyanalyysi.
Ilmaisimelle määritettiin optimaalisin sijoituspaikka ja säteilysuojaus suorittamalla laskentakoodeilla annosnopeusmäärityksiä ilmaisimen mahdollisille sijoituspaikoille. Suunnitellussa sijoituspaikassa ilmaisimelle määritettiin mittausalueen rajat sekä laskettiin ilmaisimen havaitsemistehokkuuskäyrä. Laskentakoodeille suoritettiin myös erillinen vertailu sirontatapauksessa, jossa pyrittiin vertailemaan koodien laskennallista suorituskykyä sekä analogisessa että varianssinvähennystä käyttävässä laskennallisesti haasteellisessa tapauksessa.
Työssä onnistuttiin suunnittelemaan päästöilmaisimelle sijoituspaikka, joka täyttää sille asetetut säteilyturvallisuusvaatimukset. Ilmaisin kykenee tuottamaan päätöksentekoa tukevaa dataa häiriintymättä onnettomuusolosuhteista. Analogisissa laskuissa Serpentin suoritusnopeus oli samalla tasolla MCNP:n kanssa. Vaikka Serpentin gammalaskentamoduuli oli työn aikana vielä kehityksen alla, sillä pystyttiin suorittamaan kaikki halutut annosnopeuslaskennat, jotka olivat haasteellisia tehdä myös MCNP:llä. Serpentin suurimmaksi kehityskohteeksi osoittautui varianssinvähennys. Serpent todettiin yleisesti käyttökelpoiseksi gammasäteilyn mallintamisessa. Comparison between Serpent and MCNP was made using a radiation safety related calculation case. An assessment of Serpent's suitability for use in practical radiation safety work was done on basis of the comparison. The case used for the comparison was a placement- and performance analysis of a gamma detector used for monitoring radioactive releases during a severe reactor accident.
The most optimal placement and radiation shielding for the detector was determined by performing radiation dose rate calculations in candidate places using both codes. Measuring range and detection efficiency of the detector in chosen place were calculated. Also a separate computational performance comparison was done for the calculation codes both in an analog case and in a computationally challenging case using variance reduction techniques.
A placement for the radioactive release detector fulfilling all requirements from the point of radiation safety was successfully designed. The detector will be able to provide reliable data to support decision making in accidental conditions. In analog calculations Serpent's performance was on a par with that of MCNP's. Even though the radiation calculation module of Serpent is still under development, it was successfully used to perform all desired radiation dose rate calculations, which were challenging even with MCNP. Variance reduction was determined to be the biggest development area for Serpent. Overall, Serpent was found to be generally useful in modelling gamma radiation.
Ilmaisimelle määritettiin optimaalisin sijoituspaikka ja säteilysuojaus suorittamalla laskentakoodeilla annosnopeusmäärityksiä ilmaisimen mahdollisille sijoituspaikoille. Suunnitellussa sijoituspaikassa ilmaisimelle määritettiin mittausalueen rajat sekä laskettiin ilmaisimen havaitsemistehokkuuskäyrä. Laskentakoodeille suoritettiin myös erillinen vertailu sirontatapauksessa, jossa pyrittiin vertailemaan koodien laskennallista suorituskykyä sekä analogisessa että varianssinvähennystä käyttävässä laskennallisesti haasteellisessa tapauksessa.
Työssä onnistuttiin suunnittelemaan päästöilmaisimelle sijoituspaikka, joka täyttää sille asetetut säteilyturvallisuusvaatimukset. Ilmaisin kykenee tuottamaan päätöksentekoa tukevaa dataa häiriintymättä onnettomuusolosuhteista. Analogisissa laskuissa Serpentin suoritusnopeus oli samalla tasolla MCNP:n kanssa. Vaikka Serpentin gammalaskentamoduuli oli työn aikana vielä kehityksen alla, sillä pystyttiin suorittamaan kaikki halutut annosnopeuslaskennat, jotka olivat haasteellisia tehdä myös MCNP:llä. Serpentin suurimmaksi kehityskohteeksi osoittautui varianssinvähennys. Serpent todettiin yleisesti käyttökelpoiseksi gammasäteilyn mallintamisessa.
The most optimal placement and radiation shielding for the detector was determined by performing radiation dose rate calculations in candidate places using both codes. Measuring range and detection efficiency of the detector in chosen place were calculated. Also a separate computational performance comparison was done for the calculation codes both in an analog case and in a computationally challenging case using variance reduction techniques.
A placement for the radioactive release detector fulfilling all requirements from the point of radiation safety was successfully designed. The detector will be able to provide reliable data to support decision making in accidental conditions. In analog calculations Serpent's performance was on a par with that of MCNP's. Even though the radiation calculation module of Serpent is still under development, it was successfully used to perform all desired radiation dose rate calculations, which were challenging even with MCNP. Variance reduction was determined to be the biggest development area for Serpent. Overall, Serpent was found to be generally useful in modelling gamma radiation.