Cientifica, ISSN 2594-2921, vol. 29, no. 1, January-June 2025.
DOI: 10.46842/ipn.cien.v29n1a06
Aplicación de un algoritmo evolutivo en el estudio del contenido de actínidos menores en celdas de combustible de un reactor de agua en ebullición
An application of an evolutionary algorithm in the study of a boiling water reactor fuel lattices with minor actinides
Recibido 25-03-2025, aceptado 01-04-2025.
Resumen
En este trabajo, se presenta un método para diseñar neutrónicamente celdas de combustible para un reactor de agua en ebullición. Los diseños generados incluyen un vector de actínidos menores que se incorporan en alguna de las posiciones de un arreglo típico de 10x10 varillas del combustible. Este vector se forma por concentraciones de neptunio, americio y curio. Las variables de decisión para el problema de diseño de este tipo de celdas fueron el enriquecimiento promedio en U-235 (w/o), la concentración de trióxido de gadolinio Gd2O3 (w/o), el factor de multiplicación neutrónica en un medio infinito (k-infinito) y el factor de pico de potencia local de la celda de combustible. Además, se asumen como condiciones de búsqueda una fracción de vacíos (%) fija, la ausencia de barra de control, y la temperatura del combustible, entre otras. Las restricciones consideradas sobre las variables de decisión establecieron que el factor de multiplicación de neutrones en un medio infinito (k-infinito) debía estar dentro del intervalo de ±100 pcm con respecto al valor de referencia; el enriquecimiento promedio de la celda debe estar por debajo del valor de referencia en no más de 1% con respecto al valor de la celda de referencia; una condición similar se asume para la concentración de veneno neutrónico quemable, éste debe estar dentro del intervalo definido por ± 1.0% respecto del valor de referencia; el factor de pico local de potencia no debe ser más grande que el valor de referencia asumido. Se utiliza el código CASMO4 para la simulación de las celdas de combustible durante el proceso de diseño. Las celdas generadas satisfacen cada una de las restricciones de diseño aplicadas en esta aproximación de solución al problema de diseño de celdas de combustible, cuando algunas de sus posiciones dentro del arreglo incluyen de manera selectiva concentraciones de actínidos menores.
Abstract
In this work, a method for carrying out the neutronic design of a boiling water reactor fuel lattices is shown. Generated designs include a vector of minor actinides that was added in one of the positions of a typical 10x10 fuel assembly. This vector is composed of neptunium, americium and curium concentrations. The decision variables used in this design process were the average enrichment of U-235 (w/o), the concentration of tri-oxide of gadolinium Gd2O3 (w/o), neutronic multiplication factor in an infinite medium (k-infinity), and the local power peaking factor of the fuel lattice. In addition to, a fixed average void fraction (%), not presence of control rod, and the temperature of fuel, among other are assumed as search conditions. The considered restrictions on decision variables, established that k-infinity must be into the interval of ±100 pcm with respect to reference value; the average enrichment of fuel lattice must be under the reference fuel enrichment but not less than 1.0% with respect to the reference lattice; a similar restriction is also assumed for neutronic burnable poison concentration, it must be inside the range defined by ± 1.0% around reference value; local power peaking factor must not be greater than assumed reference. CASMO4 code was used for carrying out the simulation of fuel lattices through the designing process. Obtained fuel lattices fulfilled each one of the restrictions applied in this solution approach to fuel lattice design problem, when some of positions inside the array may selectively include concentrations of minor actinides.
Palabras clave: actínidos menores, celda de combustible, CASMO4.
Index terms: minor actinides, fuel lattice, CASMO4.
ISO 690 reference:
Montes Tadeo, José Luis;
Martínez Caballero, Eduardo;
Ramírez Sánchez,José Ramón,
2025,
Aplicación de un algoritmo evolutivo en el estudio del contenido de actínidos
menores en celdas de combustible de un reactor de agua en ebullición,
Científica, vol. 29, no. 1,
ISSN 2594-2921, e290106,
DOI: 10.46842/ipn.cien.v29n1a06
