Stellarator reactor design and optimization requires quick and accurate neutronic simulations for obtaining tritium breeding ratio, coil neutron flux, and volumetric neutron heating. In this work, an automated workflow capable of fast neutronic simulations of parametric stellarator blankets is introduced, tested, and applied. First, a differentiable parametric stellarator geometry generation package is presented that can quickly create and mesh non-uniform layered blanket geometries. Then, an existing deterministic code is improved by adding stellarator symmetric boundary conditions and adjoint methods capable of automated variance reduction. These variance reduction methods are shown to provide two order of magnitudes improvement in the figure-of-merit of a Monte-Carlo blanket simulation. The deterministic model of the workflow is then benchmarked in the parametric blanket stellarator geometry using both uniform and non-uniform blankets. Good agreement between the deterministic code and a Monte-Carlo code is obtained for tritium breeding, coil flux and volumetric heating, with the deterministic code using significantly less computational time. Finally, a simulation including the novel stellarator symmetry boundary conditions shows that a simple layered non-uniform blanket in the SQuID geometry can satisfy the neutronic engineering constraints.
ステラレーター炉の設計と最適化には、トリチウム増殖比、コイル中性子束、および体積中性子加熱を得るための迅速かつ正確な中性子工学シミュレーションが必要である。本研究では、パラメトリック・ステラレーター・ブランケットの高速中性子工学シミュレーションを可能にする自動化ワークフローを紹介し、試験し、適用する。まず、非一様な層状ブランケット形状を迅速に作成およびメッシュ化できる、微分可能なパラメトリック・ステラレーター形状生成パッケージを提示する。次に、既存の決定論コードを改良し、ステラレーター対称境界条件と、自動分散低減を可能にする随伴法を追加する。これらの分散低減法により、モンテカルロ・ブランケットシミュレーションの評価指標が2桁改善されることを示す。次に、ワークフローの決定論モデルを、一様および非一様の両方のブランケットを用いて、パラメトリック・ブランケット・ステラレーター形状においてベンチマークする。トリチウム増殖、コイル束、および体積加熱に関して、決定論コードとモンテカルロコードの間で良好な一致が得られ、決定論コードは大幅に少ない計算時間を使用する。最後に、新しいステラレーター対称境界条件を含むシミュレーションにより、SQuID形状における単純な層状非一様ブランケットが中性子工学的制約を満たすことができることを示す。