Calculation of the NEA-SINBAD Experimental Benchmark: PCA-Replica

Calculational results on the PCA-Replica experiment from the SINBAD reactor shielding benchmark library (NEA-1517/93), supporting nuclear engineering design and safety analysis, in particular for PWR’s and BWR’s, are illustrated and compared with measurements. The experiment was carried out at the NESTOR research reactor (Winfrith, UK) in the early 1980’s: sample layers of thermal shield and pressure vessels, sandwiched between two light water interlayers (12cm/13cm each), were irradiated at room temperature (300 K) by a fission plate placed in the ASPIS facility in NESTOR. Detectors employed were: inelastic scattering on 103Rh and 115In, and 32S(n,p)32P whilst hydrogen-filled proportional counters and NE213 liquid scintillators were used to obtain the flux spectra. Calculations were performed with the MCNP6.1 Monte Carlo transport code, variance reduction coefficients being produced by means of the DSA method in the standard weight window format. The nuclear data sets employed were: JEFF-3.1, JEFF-3.1.2, JEFF-3.2, ENDF/B-VI.6, ENDF/B-VII.1, JENDL-4.0. Dosimetry tables utilized were: 531DOS, 532DOS, LLLDOS, IRDF2002 and IRDFFv1.05. The results show a satisfactory agreement for the three detectors. Instead for the flux spectra one measurement position showed calculational underestimates in the MeV range.

Il presente rapporto confronta i risultati sperimentali e quelli ottenuti mediante simulazione per il benchmark PCA-Replica, tratto dall’archivio SINBAD (NEA-1517/93) inerente gli esperimenti integrali per lo schermaggio, in supporto alla progettazione e all’analisi della sicurezza dei reattori nucleari ed in particolare i PWR e BWR. Il calcolo riproduce una campagna sperimentale eseguita nel reattore di ricerca NESTOR (Winfrith, UK), nei primi anni Ottanta. Una piastra di fissione irraggia uno strato di materiale riproducente uno schermo termico e uno successivo che simula il recipiente in pressione – separati da due lamine di acqua leggera (12cm/13cm); il sistema è a temperatura ambiente (300 K), ospitato nella facility ASPIS del reattore NESTOR. I risultati hanno riguardato le risposte dei dosimetri attraverso le seguenti reazioni: diffusione anelastica (n,n’) su 103Rh e 115In, e reazione 32S(n,p)32P; gli spettri neutronici nelle posizioni sperimentali di interesse sono stati ottenuti con contatori proporzionali a idrogeno e scintillatori liquidi di tipo NE213. Le simulazioni sono state eseguite con il codice di calcolo Monte Carlo MCNP6.1, i coefficienti di riduzione della varianza, in forma di finestra del peso, sono stati prodotti con il metodo DSA. I dati nucleari utilizzati sono: JEFF-3.1, JEFF-3.1.2, JEFF-3.2, ENDF/B-VI.6, ENDF/B-VII.1, JENDL-4.0. Le tabelle dosimetriche utilizzate per le sezioni d’urto dei rivelatori sono le seguenti: 531DOS, 532DOS, LLLDOS, IRDF2002, IRDFFv1.05. I risultati mostrano un accordo soddisfacente per i tre rivelatori. Per i calcoli di spettro, una posizione sperimentale mostrava una sottostima nell’intervallo di un MeV.