WPRS - February -13 th 2012 – NEA Headquarter

  

WPRS  

« Sodium Fast Reactor core Feedback and Transient  response (SFRFT) Expert Group: 

 preliminary benchmark results for large cores »    

L. Buiron, V. Pascal, F. Varaine,  CEA, Cadarache Center 

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Large core image : oxide and carbide fueled cores

3 600 MWTh Self-breeder cores

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Cores description

•  For all cores, the benchmark document provide concentration description corresponding to equilibrium beginning of cycle configuration : – Each initial Pu content is described by an averaged representative sub‐assembly with 

5 axial concentrations sets corresponding to local depleted zones  – Fission products isotopes are replaced by a representative lumped isotope (according 

to relevant absorption level) in order to have a generic description in terms of calculation tools. 

•  Geometric and medium descriptions enable both homogeneous and heterogeneous sub‐assembly modelling suitable for deterministic or Monte‐Carlo codes.    

   

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Work to be performed  Characterization of end of cycle state : core depletion from a given beginning of cycle description   

• K effective • Sodium void effect  • Doppler constant • Effective delayed neutron fraction • Control rod worth • Masse balance for Heavy Nuclei • Power distribution 

Results to be provided using a formated xls file provided by SFR group   For large core cases, preliminary results have been received from : 

• France   : CEA   • United States  : ANL   • Hungary  : Centre for Energy Research, Hungarian Academy of Sciences    

 

    

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Expected results   Characterization of end of cycle state : core depletion from a given beginning of cycle description   

• K effective • Sodium void effect  • Doppler constant • Effective delayed neutron fraction • Control rod worth • Masse balance for Heavy Nuclei • Power distribution 

Results to be provided using a formated xls file provided by SFR group   For large core cases, preliminary results have been received from : 

• France    : CEA with ECCO/ERANOS   • United States  : ANL with REBUS‐3/VARI3D   • Hungary  : CER with NOTRAKET code system • Germany  : KIT  with KANEXT    

 

    

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Results (1)  Main integral results  for carbide core : 

    

    

10%  discrepancies 

large  discrepancies 

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Results (2)  

Main integral results  for oxide core :    

 

    

Same behavior as seen with  carbide core 

 but CEA and KIT  results seem quite  

close 

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Results (3)  

Total core heavy nuclei mass at EOC :    

 

    

ANL, CEA and KIT results are really close  but some discrepancies are observed for Am and Curium isotopic concentration CER results seem not relevant (error in geometrical description ?)   More in depth analysis need to be performed (in progress but there was only a limited time since data delivery from participants)  

  

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Analysis of discrepancies  

 Some remarks that need data checking  

– K effective from ANL and CER at BOC for both cores seem a bit under‐evaluated – Doppler values from ANL do not seem to match the right formula (Celsius vs Kelvin ?) – Control rods worth values can be affected by geometrical description of these subassemblies: 

homogeneous description leads to higher control rods than heterogeneous description the reactivity effect overestimation is quantified to be around 15% for large cores description 

– Discrepancies on high atomic mass isotopes may comes from différences in the depletion chain used (branching ratio between Am242/Am242m from Am241 for instance) 

– BOC mass could also be checked for CER data     

Power distribution is under analysis using normalisation, because of the ability of used codes to account or not for energy deposition into no‐fuel volumes  

    

Large core image : oxide and carbide fueled cores Cores description Work to be performedExpected resultsResults (1)Results (2)Results (3)Analysis of discrepancies