Conceptualization and software development of a simulation environment for probabilistic safety assessments of radioactive waste repositories

Ghofrani, Javad

Uncertainty and sensitivity analysis of complex simulation models are prominent issues, both in scientific research and education. ReSUS (Repository Simulation, Uncertainty propagation and Sensitivity analysis) is an integrated platform to perform such analysis with numerical models that simulate the THMC (Thermal Hydraulical Mechanical and Chemical) coupled processes via different programs, in particular in the context of safety assessments for radioactive waste repositories. This thesis presents the idea behind the software platform ReSUS and its working mechanisms. Apart from the idea and the working mechanisms, the thesis describes applications related to the safety assessment of radioactive waste disposal systems. In this thesis, previous simulation tools (including the preceding version of ReSUS) are analyzed in order to provide a comprehensive view of the state of the art. In comparison to this state, a more sophisticated software tool is developed here, which provides features which are not offered by previous simulation tools. To achieve this objective, the software platform ReSUS provides a framework for handling probabilistic data uncertainties using deterministic external simulation tools, thus enhancing uncertainty and sensitivity analysis. This platform performs probabilistic simulations of various models, in particular THMC coupled processes, using stand-alone deterministic simulation software tools. The complete software development process of the ReSUS Platform is discussed in this thesis. ReSUS components are developed as libraries, which are capable of being linked to other code implementations. In addition, ASCII template files are used as means for uncertainty propagation into the input files of deterministic simulation tools. The embedded input sampler and analysis tools allow for sensitivity analysis in several kinds of simulation designs. The novelty of the ReSUS platform consists in the flexibility to assign external stand-alone software tools (regardless of source code availability) to probabilistic simulations. Furthermore, the ReSUS platform implements a simple scientific workflow management system to handle the data and process flow between several external simulation programs automatically, thus allowing for the creation of chains of simulation models. In addition, the multilayer architecture of ReSUS platform provides a number of different interfaces to connect with other tools in the field of uncertainty and sensitivity analysis.

Unsicherheits- und Sensitivitätsanalysen von komplexen Simulationsmodellen sind sowohl in der Forschung als auch in der Lehre bedeutende Themen. ReSUS (Repository Simulation, Uncertainty propagation and Sensitivity analysis) ist eine integrierte Plattform für solche Analysen unter Nutzung von numerischen Modellen bzw. Programmen zur Simulation von Thermo-Hydraulisch-Mechanisch- Chemisch (THMC) gekoppelten Prozessen, insbesondere in Zusammenhang mit Sichrheitsanalysen für Endlager radioaktiver Abfälle. Die vorliegende Arbeit stellt die Idee hinter ReSUS sowie die Arbeitsmechanismen vor. Zudem erfolgt die Beschreibung einer beispielhaften Anwendung mit Bezug zur Sicherheitsbewertung von Endlagern für radioaktive Abfälle. In der vorliegenden Arbeit wird darüber hinaus ein umfassender Überblick über weitere gängige einschlägige Simulation- und Analysestools (einschließlich der Vorgängerversion von ReSUS) und damit über den Stand von Wissenschaft und Technik gegeben. Die Entwicklung des Software-Tools ReSUS orientiert sich an diesem Stand und soll, im Vergleich zu diesen Programmen, ergänzende Funktionalität zur Verfügung stellen. Diese Software-Plattform ermöglicht dahingehend die probabilistische Behandlung von Datenunsicherheiten durch die Nutzung deterministischer Fremdcodes, und bietet damit verbesserte Möglichkeiten zur Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse. Mit der Plattform können durch die Nutzung eigenständiger deterministischer Software-Tools unterschiedliche Modelle probabilistisch simuliert werden, insbesondere THMC-gekoppelten Prozesse. Der gesamte Software-Entwicklungsprozess der ReSUS-Plattform wird in der vorliegenden Arbeit diskutiert. Die ReSUS-Komponenten wurden als Bibliotheken entwickelt, die eine Verbindung mit anderen Code- Implementierungen ermöglichen. Darüber hinaus werden ASCII-Datei-Templates verwendet, um die Informationen über die Unsicherheiten zwischen den jeweiligen einzelnen Simulationen bzw. Fremdcodes zu übertragen. Es können Ketten von Simulationsmodellen angelegt und ausgeführt werden. Die eingebetteten Stichprobenerzeuger und Analyse-Tools ermöglichen Sensitivitätsanalysen auf verschiedene Arten von Simulation-Designs. Das Novum der ReSUS Plattform besteht zusammenfassend in deren Flexibilität, ursprünglich geschlossen arbeitende Stand-alone-Software-Werkzeuge (auch unabhängig von der Quellcode- Verfügbarkeit) in globale (probabilistische) Simulationen zu integrieren. Darüber hinaus bietet die ReSUS Plattform ein einfaches System, welches ein automatisches, wissenschaftliches Workflow- Management des Daten- und Prozessablaufs zwischen den zugewiesen Simulationsprogrammen ermöglicht. Zusätzlich bietet die Mehrschichtarchitektur der ReSUS Plattform eine Reihe von verschiedenen Schnittstellen zu anderen Werkzeugen im Bereich der Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Ghofrani, Javad: Conceptualization and software development of a simulation environment for probabilistic safety assessments of radioactive waste repositories. 2017.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:

Export