Estudio de criticidad de un reactor nuclear modular pequeño (SMR) de NuScale mediante el uso del código de Monte Carlo Serpent

Abstract

[ES] Este Trabajo de Fin de grado se enfoca en el estudio de la Criticidad de un pequeño reactor nuclear modular (SMR) de la empresa NuScale Power, que utiliza un diseño de un Reactor de Agua a Presión (Pressurized Water Reactor, PWR) con una configuración de 17x17 varillas de combustible. El objetivo que se persigue con la realización de este trabajo es obtener la concentración de boro necesaria en el moderador para que el coeficiente de multiplicación efectiva (𝒌������𝒆������𝒇������𝒇������) sea igual a la unidad, tanto en el ciclo inicial como para todo el ciclo de quemado, que es de dos años. De esta manera, se puede asegurar un comportamiento seguro y eficaz del reactor. El boro, en su isótopo B-10, es un elemento que tiene una alta sección transversal para la captura de neutrones térmicos, lo que lo hace muy eficaz en la absorción de neutrones. Se introduce en el moderador para controlar la reactividad, de manera que haya una reacción en cadena estable. Para la realización del trabajo se emplea Serpent, un software de simulación de Monte Carlo para el transporte de partículas de energía continua, con el fin de simular el comportamiento del reactor y obtener los resultados. En este proyecto, además de la concentración de boro, se obtienen parámetros como el flujo neutrónico o los productos de fisión y actínidos más relevantes, que en este caso son aquellos que afectan a la reactividad.

[CA] Aquest Treball de Fi de Grau se centra en l'estudi de la Criticitat d'un menut reactor nuclear modular (SMR) de l'empresa NuScale Power, que utilitza un disseny d'un Reactor d'Aigua a Pressió (Pressurized Water Reactor, PWR) amb una configuració de 17x17 varetes de combustible. L'objectiu que es persegueix amb la realització d'aquest treball és obtenir la concentració de bor necessària en el moderador perquè el coeficient de multiplicació efectiva (𝒌���𝒆���𝒇���𝒇���) siga igual a la unitat tant en el cicle inicial com per a tot el cicle de cremat, que és de dos anys. D'aquesta manera, es pot assegurar un comportament segur i eficaç del reactor. El bor, en el seu isòtop B-10, és un element que té una alta secció transversal per a la captura de neutrons tèrmics, la qual cosa el fa molt eficaç en l'absorció de neutrons. S'introdueix en el moderador per controlar la reactivitat, de manera que hi haja una reacció en cadena estable. Per a la realització del treball s'empra Serpent, un programari de simulació de Monte Carlo per al transport de partícules d'energia contínua, amb la finalitat de simular el comportament del reactor i obtenir els resultats. En aquest projecte, a més de la concentració de bor, s'obtenen paràmetres com el flux neutrònic o els productes de fissió i actínids més rellevants, que en aquest cas són aquells que afecten la reactivitat.

[EN] This Bachelor's Thesis focuses on the study of the Criticality of a small modular nuclear reactor (SMR) from NuScale Power, which utilizes a Pressurized Water Reactor (PWR) design with a 17x17 fuel rod configuration. The objective of this work is to determine the necessary boron concentration in the moderator so that the effective multiplication factor (𝒌�����𝒆�����𝒇�����𝒇�����) equals unity both at the initial cycle and throughout the entire two-year burnup cycle. This ensures the reactor operates safely and efficiently. Boron, specifically the B-10 isotope, is an element with a high cross-section for capturing thermal neutrons, making it highly effective at absorbing neutrons. It is introduced into the moderator to control reactivity, ensuring a stable chain reaction. For this study, the Serpent software, a Monte Carlo simulation tool for continuous energy particle transport, is used to simulate the reactor's behavior and obtain results. In this project, besides the boron concentration, other parameters such as neutron flux and the most relevant fission products and actinides, which affect reactivity, are also determined.