Témavezetés

Szakdolgozat, diploma és PhD témavezetés és konzulensi tevékenység

Aktuális témák:

Az elmúlt években a kis moduláris reaktorok (Small Modular Reactors, SMR-ek) világszerte jelentősebb figyelmet kaptak, melyet fokozott biztonsági jellemzőik, rugalmas telepíthetőségük és kedvező gazdasági potenciáljuk indokol. Az SMR-ek tervezése ugyanakkor jelentős kihívásokat támaszt a determinisztikus, és ezáltal hatékony reaktorfizikai modellezéssel szemben, mivel összetett geometriai konfigurációkkal, heterogén anyagösszetételekkel és kisméretű aktív zónával rendelkeznek. Ezek a sajátosságok jelentősebb kifolyást, nagyobb fluxusgradienseket, valamint jelentősebb spektrális és térbeli heterogenitásokat eredményeznek, ami szükségessé teszi a hagyományos diffúziós közelítésen túlmutató, többcsoportos és magasabb rendű neutrontranszport-módszerek alkalmazását. Ezzel párhuzamosan az SMR-ek fejlesztéséhez elengedhetetlen a reaktorfizikai és termohidraulikai folyamatok nagypontosságú, csatolt szimulációja. Az ilyen multifizikai elemzések alapvető feltételei a reaktortervezés optimalizálásának, a biztonsági elemzéseknek és a hatósági engedélyezésnek. Az aktív zóna viselkedésének megbízható előrejelzése mind állandósult, mind tranziens üzemállapotokban szükséges a biztonság értékeléséhez, beleértve a reaktivitás-visszacsatolásokat, a teljesítményeloszlás változását és az üzemi tranzienseket.

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nukleáris Technikai Intézete (BME NTI) kifejlesztette a SPNDYN nevű korszerű determinisztikus reaktorfizikai kódot, amely az SP3 neutrontranszport-közelítést leíró differenciálegyenletek végeselemes megoldásán alapul. A kód alkalmas nagypontosságú zónaszámításokra, és csatolásra került az Apros termohidraulikai rendszerkóddal, így egy multifizikai szimulációs keretrendszert biztosít.

A doktori kutatás célja az Apros–SPNDYN kódrendszer továbbfejlesztése és képességeinek bővítése a korszerű SMR-ek elemzésére. A doktorandusztól az alábbi feladatok elvégzése várható:

  • Adjungált SP3 megoldási módszer fejlesztése és implementálása érzékenységvizsgálatokhoz és fejlett reaktorfizikai alkalmazásokhoz.
  • Az SPNDYN kód továbbfejlesztése hatékony pálcaszintű SP3 modellezés támogatására, lehetővé téve a nagyfelbontású zónaszámításokat.
  • Hatékony tranziens SP3 megoldási módszer kidolgozása térben és időben változó fizikai folyamatok modellezésére (lehetőleg továbbfejlesztett kvázisztatikus módszer alkalmazásával).
  • SP3 módszeren alapuló izotópkoncentráció-követő és kiégésszámító modulok implementálása.
  • Verifikációs, validációs és benchmark számítások elvégzése, különös tekintettel az SMR-ekre jellemző konfigurációkra.

Az Apros–SPNDYN csatolás meglévő infrastruktúrájára építve a kutatás egyik kiemelt célja fejlett, csatolt reaktorfizikai és termohidraulikai szimulációs módszerek kidolgozása és implementálása SMR-alkalmazásokhoz, amelyek lehetővé teszik a reaktor állandósult és tranziens viselkedésének nagy pontosságú elemzését.

A doktori kutatás eredménye hozzájárul a kis moduláris reaktorok tervezését, biztonsági értékelését és engedélyezését támogató következő generációs szimulációs eszközök fejlesztéséhez, tovább erősítve a BME NTI nemzetközi szinten is korszerű reaktorelemzési kompetenciáit.

Elvárások:

  • Magas szintű angol nyelvtudás (írásban és szóban).
  • Erős programozási háttér (pl. Python, C/C++ vagy más tudományos számítástechnikai nyelvek).
  • Magas szintű szakértelem a reaktorfizikai modellezésben, beleértve a neutrontranszport-elméletet és a zónaszimulációs módszereket.
  • Monte Carlo és determinisztikus reaktorfizikai kódok használatában szerzett tapasztalat előnyt jelent.
  • A végeselemes módszerek ismerete előnyt jelent.

 

  • Az SPNDYN kód bővítése adjungált fluxuseloszlás meghatározására alkalmas eljárással  (Fizikus, Energetikai mérnök MSc)

A BME NTI saját fejlesztésű végeselem reaktorfizikai kódja, az SPNDYN alkalmas a többcsoport diffúziós és SP3 egyenletek megoldására, mely mellett időfüggő, továbbá csatolt termohidraulikai és reaktorfizikai számításokra is megkezdődött a felkészítése. A program hatékonyságát és funkcióbővítését célzó továbbfejlesztési tervben szerepel egy perturbációs, illetve egy kvázistacioner sémát alkalmazó modul kifejlesztése is, melyekhez elengedhetetlen az adjungált diffúziós/SP3 egyenletek megoldása. A hallgató feladata – a kapcsolódó irodalom átfogó áttekintését követően – a többcsoport diffúziós és SP3 egyenletek adjungált alakjának felírása, Galerkin-féle végeselem-módszerrel történő diszkretizációja és megoldása, továbbá az adjungált fluxuseloszlás meghatározására fejlesztett végeselem eljárás SPNDYN kódba történő implementációja és verifikációja. A hallgató opcionális feladata továbbá az adjungált fluxuseloszlás felhasználását célzó SPNDYN eljárások koncepciójának kidolgozása.

A hallgató feladata az NTI-ben fejlesztett végeselem-módszeren alapuló diffúziós kóddal történő tranziens tesztszámítások végrehajtása, mely során a hallgatónak először meg kell ismerkednie az időfüggő diffúziós kódok tesztelésére alkalmazott nemzetközi kinetikus benchmark problémákkal, majd ki kell választania olyan teszteseteket, melyeken a rendelkezésére bocsátott és az általa megismert diffúziós kód számítási képességeit alkalmasan tanulmányozni lehet. A kiválasztott problémákhoz geometriai modellt kell készítenie, továbbá a számításokhoz – célszerűen a GMSH program segítségével – hálókat kell generálnia. Amennyiben állandósult állapotbeli számítással inicializálja a tranziens futtatásokat, úgy az állandósult állapotra, amennyiben rendelkezésre áll a kiindulási állapotra vonatkozó eloszlás, akkor a tranziens számításra vonatkozóan hálófüggetlenségi vizsgálatot kell végeznie. Végül a tranziens számítások végrehajtását követően a kapott eredményeket a vonatkozó irodalomban elérhető referencia eredményekkel összehasonlítva kell értékelnie.

A hallgató feladata először a felsorolt kódok által alkalmazott csoportállandó generálási módszerek megismerése, majd felhasználásra való alkalmasságuk elméleti vizsgálata gömbfüggvények szerinti kifejtésen alapuló transzportközelítéseket alkalmazó determinisztikus kódok esetében. A hallgatónak feladata továbbá, hogy az elméleti vizsgálaton túl következtetéseit egyszerű modellproblémákon keresztül mutassa be, azaz a felsorolt programkódokkal megfelelően megválasztott tesztesetekre csoportállandókat generáljon, majd azok alkalmasságát az NTI-n belül fejlesztett SPN transzportközelítést alkalmazó reaktorfizikai kód segítségével tesztelje. A teszteléshez a hallgató végezze el az SPN kóddal számított, illetve a csoportállandók generálására alkalmas kódokkal kapott referencia-eredményeknek az összehasonlító elemzését. A feladat igényli, hogy a hallgató ismerje meg a felsorolt kódok alkalmazását olyan szinten, hogy egyszerű tesztproblémák modellezését végre tudja hajtani, továbbá a HELIOS 2 kód megismerése, alkalmazása céljából együttműködjön a Paksi Atomerőmű Reaktorfizikai Osztályával.

Lezárt és folyamatban lévő témák:

TDK témavezetői tevékenység, eredmények

TDK

OTDK