Calculation and Verification of Assembly Discontinuity Factors for the DRAGON/PARCS Code Sequence

Cette étude est dédiée à la génération et à la validation des Facteurs de Discontinuité d'Assemblage (FDA) pour la chaine de calcul DRAGON5-PARCS. Dans le cadre du projet ORON, l'IRSN a travaillé sur le couplage entre le code de réseau DRAGON5 et le code de simulation coeur-entier PARCS. Dans un premier temps, les efforts ont été mis sur la validation de la technique SPH conformément à l'approche traditionnelle utilisée en France pour les REP. Ce travail propose d'améliorer la flexibilité de la chaine de calcul DRAGON/PARCS en étudiant une méthode alternative basée sur l'homogénéisation des assemblages par la méthode des facteurs de discontinuité. La première partie du document est axée sur le calcul d'un assemblage en milieu infini et sur l'impact des différentes stratégies envisagées pour la génération des FDA. Dans cette optique, différents schémas de calcul ont été évalués conformément aux approches actuellement adoptées par l'IRSN et par l'EPM. La première méthode, historiquement utilisé à l'IRSN,s'appuie sur un schéma simple niveau basé sur la méthode des probabilités de collisions. Le second schéma, récemment mis au point par l'EPM et correspondant à l'état de l'art actuel,a également été considéré; il correspond à une approche double niveaux (Pij/MOC). L'impact des sections efficaces et des facteurs de discontinuités ainsi générés est évalué via des motifs d'assemblages et comparé à un calcul de référence Monte Carlo utilisant le code SERPENT2. La validation a été réalisée sur des motifs 2x2 et 3x3 composés de trois types d'assemblages: UOX, UOX avec barres de contrôles AIC et MOX. L'étude a porté sur trois paramètres présentant un intérêt particulier : la réactivité du massif, la puissance des assemblages, et la reconstruction fine de puissance. Cette dernière peut être considérée comme particulièrement sensible aux facteurs de discontinuités. De plus, un motif plus réaliste, entouré d'un réflecteur neutronique, a également été envisagé. Cette partie à donné lieu à un développement spécifique du réflecteur, basé sur la méthode proposée par Koebke. Cette étude démontre l'impact significatif des facteurs de discontinuité sur les configurations évaluées. Les améliorations observées en utilisant des FDA sont importantes : jusqu'à 600 pcm en ce qui concerne la réactivité et 8% pour la puissance assemblage. En outre, une meilleure reconstruction a également été observée en ce qui concerne la distribution de puissance crayon par crayon. Au terme de cette étude, il apparait que le schéma de calcul double niveau fournit les résultats les plus proches de la référence Monte Carlo. Pour chaque configuration testée, les meilleures options de schéma de calculs sont identifiées.

Abstract

This study is dedicated to the generation and validation of Assembly Discontinuity Factor (ADF) for the DRAGON5-PARCS code sequence. Over the past few years, within the framework of the ORION project, IRSN has worked on the coupling between the lattice code DRAGON5 and the full-core simulation code PARCS. Initially, efforts have been placed on the validation of the SPH technique in accordance with the traditional strategy used in France for PWR. This work aims to improve the flexibility of the code sequence by adding an alternative method for the assembly homogenization technique, based on discontinuity factors. The first part of the document is focused on the lattice calculation, and the impact of different strategies envisaged for the generation of ADF. With this in mind, various lattice schèmes have been evaluated following the approaches currently adopted by IRSN and by the EPM. The first method, historically used at IRSN, consists in a single level scheme based on the collision probabilities method. Then a state of the art design, recently developed by the EPM is also considered; it corresponds to a two-level approach (Pij/MOC). The impact of the cross sections and discontinuity factors generated were assessed on simplified PWR motifs and compared to a reference Monte Carlo calculation using SERPENT2. The validation exercise was first performed on 2x2 and 3x3 clusters composed of three types of assemblies: UOX, UOX with AIC control rods and MOX. The study focuses on three parameters of particular interest: reactivity, assembly power, and reconstructed pin power, which are expected to be highly sensitive to the discontinuity factors. Afterward, a more realistic problem is considered by including a reflector region. This task is achieved by the specific development of a reflector model, based on the methodology proposed by Koebke. In conclusion, this research demonstrates the significant impact of the discontinuity factors on the evaluated configurations. The extent of the amelioration varies according to the case: up to 600 pcm in reactivity and 8% in assembly power. Furthermore, the positive influence has also been assessed in the reconstruction process. At the end of the study, it appears that the two-level calculation scheme is the most reliable design compared with the Monte Carlo reference. For each configuration tested, the best combination of options was identified. Moreover, a good accuracy of the DRAGON/PARCS code sequence is observed for PWR motifs containing a neutron reflector.