Published December 12, 2013 | Version v1
Report Restricted

Monte Carlo burnup codes acceleration using the correlated sampling method

Description

For several years, Monte Carlo burnup/depletion codes have appeared, which couple Monte Carlo codes to simulate the neutron transport to deterministic methods, which handle the medium depletion due to the neutron flux. Solving Boltzmann and Bateman equations in such a way allows to track fine 3-dimensional effects and to get rid of multi-group hypotheses done by deterministic solvers. The counterpart is the prohibitive calculation time due to the Monte Carlo solver called at each time step. In this document we present an original methodology to avoid the repetitive and time-expensive Monte Carlo simulations, and to replace them by perturbation calculations: indeed the different burnup steps may be seen as perturbations of the isotopic concentration of an initial Monte Carlo simulation. In a first time we will present this method, and provide details on the perturbative technique used, namely the correlated sampling. In a second time we develop a theoretical model to study the features of the correlated sampling method to understand its effects on depletion calculations. In a third time the implementation of this method in the TRIPOLI-4 code will be discussed, as well as the precise calculation scheme used to bring important speed-up of the depletion calculation. We will begin to validate and optimize the perturbed depletion scheme with the calculation of a REP-like fuel cell depletion. Then this technique will be used to calculate the depletion of a REP-like assembly, studied at beginning of its cycle. After having validated the method with a reference calculation we will show that it can speed-up by nearly an order of magnitude standard Monte-Carlo depletion codes. (author)

Abstract (French)

Depuis quelques annees, les codes de calculs Monte Carlo evoluant qui couplent un code Monte Carlo, pour simuler le transport des neutrons, a un solveur deterministe, qui traite l'evolution des milieux du a l'irradiation sous le flux neutronique, sont apparus. Ces codes permettent de resoudre les equations de Boltzmann et de Bateman dans des configurations complexes en trois dimensions et de s'affranchir des hypotheses multi-groupes utilisees par les solveurs deterministes. En contrepartie, l'utilisation du code Monte Carlo a chaque pas de temps requiert un temps de calcul prohibitif. Dans ce manuscrit, nous presentons une methodologie originale evitant la repetition des simulations Monte Carlo couteuses en temps et en les remplacant par des perturbations. En effet, les differentes simulations Monte Carlo successives peuvent etre vues comme des perturbations des concentrations isotopiques de la premiere simulation. Dans une premiere partie, nous presenterons donc cette methode, ainsi que la methode de perturbation utilisee: l'echantillonnage correle. Dans un second temps, nous mettrons en place un modele theorique permettant d'etudier les caracteristiques de la methode des echantillons correles afin de comprendre ses effets durant les calculs en evolution. Enfin, dans la troisieme partie nous discuterons de l'implementation de cette methode dans TRIPOLI-4 en apportant quelques precisions sur le schema de calcul qui apportera une acceleration importante aux calculs en evolution. Nous commencerons par valider et optimiser le schema de perturbation a travers l'etude de l'evolution d'une cellule de combustible de type REP. Puis cette technique sera utilisee sur un calcul d'un assemblage de type REP en debut de cycle. Apres avoir valide la methode avec un calcul de reference, nous montrerons qu'elle peut accelerer les codes Monte Carlo evoluant standard de presque un ordre de grandeur

Files

Restricted

The record is publicly accessible, but files are restricted to users with access.

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Acceleration de la simulation Monte Carlo du transport des neutrons dans un milieu evoluant par la methode des echantillons correles

Publishing Information

Imprint Pagination
194 p.
Report number
FRCEA-TH--5497

Optional Information

Notes
63 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Bibliotheque de l'Universite Paris Sud, 91405 Orsay cedex (France)