Contribution to the implementation of the unresolved resonance region in the new Monte Carlo code TRIPOLI-5

The evolution of nuclear research has witnessed substantial advancements in the prediction of nuclear criticality and shielding experiments. The improvement in nuclear data evaluations has been demonstrated to be a pivotal factor in this development. Consequently, renewed emphasis has been directed towards an energy domain that, although recognized as significant and prominent for many applications, has historically been inadequately understood: the unresolved energy range. This thesis introduces the implementation of the probability table method, a specialized approach designed to aptly address unresolved resonances, for properly modeling the energy self-shielding phenomenon, within the next-generation, under-development Monte Carlo code TRIPOLI-5®. Initially, an extensive numerical verification of the method’s implementation, using OpenMC as a benchmark for comparison, is presented. The robustness of addressing the unresolved region is rigorously assessed across a diverse set of isotopes, temperatures, and neutron incident energies, aiming to confirm the broadness of the method’s applicability. Subsequently, the work focuses on the innovative implementation of an alternative format of probability tables in the code. This introduction facilitates a unique opportunity to discern differences between two interpretations of the same phenomenon within a single Monte Carlo environment. A subsequent verification phase is undertaken, this time juxtaposing the results against TRIPOLI-4®, a Monte Carlo code that employs the same alternative probability table format. Lastly, an evaluation of the influence of the unresolved resonance region on criticality calculations is performed. This is achieved by running extensive simulations on a variety of benchmarks. The objective is twofold: to quantify, in terms of ∆keff, the effects of an adept handling of the unresolved resonance region and to discern the impact stemming from the use of one table format over the other.

L’evoluzione della ricerca nucleare ha assistito a notevoli progressi nella previsione degli esperimenti di criticità nucleare e di schermaggio. Il miglioramento delle valutazioni dei dati nucleari si è dimostrato essere un fattore chiave in questo sviluppo. Di conseguenza, è stata rivolta una rinnovata attenzione verso un dominio energetico che, sebbene riconosciuto come significativo e preminente per molte applicazioni, storicamente è stato scarsamente compreso: l’intervallo energetico non risolto. Questa tesi presenta l’implementazione del metodo delle tavole di probabilità, un approccio specializzato progettato per affrontare adeguatamente le risonanze non risolte, al fine di modellare correttamente il fenomeno dell’autoschermo energetico, all’interno di TRIPOLI-5®, un codice Monte Carlo di nuova generazione in fase di sviluppo. Inizialmente, viene presentata una dettagliata verifica e validazione dell’implementazione del metodo, utilizzando OpenMC come termine di confronto. La robustezza nel trattare la regione non risolta viene rigorosamente valutata con una vasta lista di isotopi, temperature e energie incidenti dei neutroni, con l’obiettivo di confermare l’ampia applicabilità del metodo. Successivamente, il lavoro si concentra sull’innovativa implementazione nel codice di un formato alternativo delle tavole di probabilità. Questa introduzione offre una singolare opportunità per distinguere le differenze tra due interpretazioni dello stesso fenomeno all’interno dello stesso contesto di simulazione Monte Carlo. Viene poi intrapresa una fase di verifica e validazione, questa volta confrontando i risultati con TRIPOLI-4®, un codice Monte Carlo che utilizza lo stesso formato alternativo della tavole di probabilità. Infine, viene effettuata una valutazione dell’influenza della regione delle risonanze non risolte sui calcoli di criticità. Ciò viene ottenuto eseguendo numerose simulazioni su una varietà di benchmarks. L’obiettivo è duplice: quantificare, in termini di ∆keff, gli effetti di una corretta gestione della regione delle risonanze non risolte e caratterizzare l’impatto derivante dall’uso di un formato di tavole rispetto all’altro.