Studio del deposito di energia nel refrigerante degli LFR

Reactor calculations couple different physical models to describe the amount of energy released and deposited in the materials building the reactor. In particular, during reactor operation the production of thermal energy in the core from nuclear reactions must be balanced by heat removal by the coolant. The behaviour of the coolant is governed by thermal-hydraulics, showing enthalpy rise in the fluid for the thermal flux at the outer surface of the fuel rods and because of internal energy release due to particle interactions. These two mechanisms yield different heat transfer dynamics. Energy deposited in the coolant must be carefully estimated even if it is of small amount with respect to energy deposited in the fuel. This work studies energy deposition by radiation in lead-cooled fast reactors (LFR) using the Monte Carlo computer code OpenMC. Details of the numerical simulations are explained, including the simplifications made in the study to approximate the transport of photons and neutrons in lead. Several physical states of the reactors are also considered to estimate coolant heating by local energy deposition.

I calcoli del reattore combinano diversi modelli fisici per descrivere la quantità di energia rilasciata e depositata nei materiali che compongono il reattore stesso. In particolare, durante il funzionamento del reattore, la produzione di energia termica nel nocciolo a causa delle reazioni nucleari deve essere bilanciata dalla rimozione del calore da parte del refrigerante. Il comportamento del refrigerante è governato dalla termoidraulica, che mostra un aumento di entalpia nel fluido a causa del flusso termico sulla superficie esterna delle barre di combustibile e a causa del rilascio di energia interna dovuto alle interazioni delle particelle. Questi due meccanismi producono diverse dinamiche di trasferimento di calore. Anche se l'energia depositata nel refrigerante è di entità ridotta rispetto all'energia depositata nel combustibile, è importante stimare con attenzione l'energia depositata nel refrigerante. Questo lavoro studia il deposito di energia per irraggiamento nei reattori veloci raffreddati a piombo (LFR) utilizzando il codice di trasporto Monte Carlo OpenMC. Vengono spiegate le dettagliate simulazioni numeriche, comprese le semplificazioni apportate nello studio per approssimare il trasporto di fotoni e neutroni nel piombo. Sono inoltre prese in considerazione diverse condizioni fisiche dei reattori per stimare il riscaldamento del refrigerante dovuto al deposito locale di energia.