Neutronic analyses of the ALFRED LEADER core with deterministic (ECCO / ERANOS) and Monte Carlo (Serpent) codes: comparison between macroscopic-group constants, shutdown systems worth and spatial-angular flux distributions

Questo rapporto tecnico - realizzato in collaborazione con il Politecnico di Torino (PoliTO) - rappresenta il primo passo di un ambizioso programma di lavoro finalizzato alla produzione delle sezioni d’urto per il codice neutronico deterministico ERANOS - solitamente create con il codice di cella ECCO - mediante il codice Monte Carlo Serpent. La motivazione di questo sforzo è duplice. Da un lato, grazie a Serpent è possile modellizzare geometrie di cella complesse non riproducibili con ECCO. Dall’altro, Serpent permette di utilizzare in modo semplice librerie di dati nucleari sempre aggiornate, cosa possibile non con la medesima semplicità col sistema ECCO-ERANOS, di cui il CEA (Francia) ha cessato lo sviluppo ed il conseguente mantenimento. Le ultime versioni delle librerie valutate utilizzabili in ECCO fornite dal CEA sono la JEFF-3.1 (utilizzata in questo rapporto) e la ENDF/B-VI.8, ormai datate. Il sistema ECCO/ERANOS è stato utilizzato diffusamente in ENEA per il progetto di nocciolo dei reattori veloci e, in particolare negli ultimi anni, per il reattore-dimostratore refrigerato a piombo di quarta generazione ALFRED, inizialmente concepito nel progetto EURATOM FP7 LEADER (2010-2014) ed attualmente sviluppato dal consorzio internazionale FALCON. Utilizzando la configurazione di riferimento definita nel progetto LEADER, è stato condotto un accurato confronto tra le sezioni d’urto macroscopiche - rappresentative delle regioni del nocciolo più significative - prodotte mediante ECCO e Serpent in strutture energetiche a 33 e 80 gruppi utilizzando diverse metodologie ed opzioni di calcolo. Dal confronto risulta evidente un generale accordo tra i due codici, con l’eccezione delle discrepanze a basse energie dove i risultati Serpent sono affetti da un’elevata incertezza statistica. Nelle parti assorbitrici (in B4C) delle barre di controllo e sicurezza, differenze significative si sono invece riscontrate in un ampio intervallo spettrale. A livello di nocciolo ciò si riflette nella stima del’anti-reattività fornita dall’inserzione di entrambi i sistemi che differisce del 10%, in linea con l’usuale sovrastima dei codici deterministici rispetto a quelli stocastici per i reattori a spettro veloce, come ampiamente documentato dall’esperienza ENEA. Il presente rapporto investiga anche tale aspetto e ne individua le cause principali nelle differenti sezioni d’urto di cattura degli stessi assorbitori, che danno origine a distribuzioni spaziali e angolari di flusso nel nocciolo significativamente diverse quando gli stessi sono inseriti.