Análisis de criticidad de un reactor SMR de NuScale utilizando el código de Monte Carlo KENO VI: obtención de la concentración de boro para reactor crítico

Abstract

[ES] Este proyecto consiste en un análisis neutrónico de un pequeño reactor modular (SMR) desarrollado por la empresa estadounidense NuScale Power, cuyo diseño se basa en un reactor de agua a presión (PWR) compuesto por 37 módulos de combustible, cada uno de ellos de 17x17 varillas. Para la realización de este estudio, se ha empleado el código de simulación Keno VI, que se encuentra entre las herramientas del programa SCALE y cuyo funcionamiento parte del método de Monte Carlo. En este trabajo se ha modelizado el reactor teniendo en cuenta la geometría, los materiales, las temperaturas y las condiciones de contorno proporcionadas por los documentos publicados de NuScale. Así pues, una vez planteado el problema, se ha llevado a cabo el análisis de Criticidad que consiste en la obtención del factor de multiplicación efectivo (keff) con el que se puede comprender el comportamiento del reactor y saber si la reacción en cadena es crítica, subcrítica o supercrítica. Con el objetivo de mantener este parámetro entorno a uno, se ha decidido introducir gadolinio en algunas de las varillas de combustible y una disolución de boro en el agua También, se ha llevado a cabo un estudio del quemado mediante el código de SCALE Triton y con el que se ha visto la evolución del boro en los dos años de operación, el flujo neutrónico y los productos de fisión generados.

[CAT] Aquest projecte consisteix en una anàlisi neutrònic d'un petit reactor modular (SMR) dissenyat per l'empresa nord-americana NuScale Power. El disseny es basa en un reactor d'aigua a pressió (PWR) compost per 37 mòduls de combustible, cadascun d'ells de 17x17 varetes. Per a la realització d'aquest estudi, s'ha utilitzat el codi de simulació KENO VI, que es troba entre les ferramentes del programa SCALE i que funciona a partir del mètode de Monte Carlo. En aquest treball s'ha dissenyat el reactor tenint en compte la geometria, els materials, les temperatures i les condicions de contorn proporcionades pels documents publicats de NuScale. D’aquesta manera, una vegada plantejat el problema, s'ha dut a terme l'anàlisi de Criticitat que consisteix en l'obtenció del factor de multiplicació efectiu (keff) amb el qual es pot comprendre el comportament del reactor i saber si la reacció en cadena és crítica, subcrítica o supercrítica. Amb l'objectiu de mantindre aquest paràmetre entorn d'un, s'ha decidit introduir gadolini en algunes de les varetes de combustible i una dissolució de boro a l'aigua. També s'ha dut a terme un estudi de cremat mitjançant el codi SCALE Triton, amb el qual s'ha observat l'evolució del boro en els dos anys d'operació, el flux neutrònic i els productes de fissió generats.

[EN] This project involves a neutron analysis of a small modular reactor (SMR) developed by the American company NuScale Power, based on a pressurized water reactor (PWR) design consisting of 37 fuel modules, each one composed by 17x17 fuel rods. For this study, it has been used the KENO VI simulation code, which is part of the SCALE program tools and operates using the Monte Carlo method. The reactor has been modeled in this project considering the geometry, materials, temperatures, and boundary conditions provided by NuScale's published documents. Thus, after formulating the problem, it has been done a criticality safety analysis to obtain the effective multiplication factor (keff) to understand the reactor's behavior and determine whether the chain reaction is critical, subcritical, or supercritical. In order to maintain this parameter around unity, gadolinium has been introduced into some of the fuel rods and a boron solution into the water. Additionally, a burnup study has been carried out using the SCALE Triton code, observing the evolution of boron over two years of operation, neutron flux, and fission products.