Three-Dimensional Neutronic Validation and Geometric Robustness of Compact LiPb Breeding Blankets under Industrial Penetrations

[BILINGUAL EDITION — EDICIÓN BILINGÜE] • EN: The complete English version of the main manuscript starts on Page 55 of PAPER2.pdf (and on Pages 5 to 8 of Annex I). • ES: La versión completa en español se encuentra en las Páginas 1 a 54 de PAPER2.pdf (y en las Páginas 1 a 4 del Anexo I). ABSTRACT [EN] — PROMETHEUS_PROJECT_XXI_CENTURY (GenTechnionB): This work presents the three-dimensional neutronic and thermodynamic validation of the GenTechnionB compact modular fusion reactor, overcoming the simplifications of previous homogeneous models through the implementation of a heterogeneous industrial architecture based on the submerged-core concept. To enable radial compactness while preserving neutron economy and peripheral cryogenic stability, the design integrates four coupled materials and nuclear transport engineering solutions: (1) a segmented eutectic lithium-lead (LiPb) breeding blanket isotopically enriched to 90.0 at.% in ⁶Li with an operational density of 9.6 g/cm³ (300–550 °C) cooled by pressurized helium (HCLL architecture); (2) a ferritic-martensitic EUROFER97 structural steel first wall coated with a 2 mm pure tungsten armor (ρ = 19.3 g/cm³), whose inelastic scattering W(n,n'γ) acts as a frontal spectral conditioner (anvil effect); (3) hybrid cellular equatorial support macrostructures (30% EUROFER97 + 50% graphite + 20% helium) and nuclear graphite reflector liners (ρ = 1.7 g/cm³) along penetration ducts; and (4) a moderator-absorber peripheral shield composed of 80% boron carbide (B₄C, ρ = 2.52 g/cm³) and 20% water (H₂O), coupled to directional shielding plugs and to the capillary-network cooling system of the superconducting coils. Evaluated via stochastic Monte Carlo simulations using the OpenMC transport code (v0.15.3) under cross-validation with the FENDL-3.2 and ENDF/B-VIII.0 reference nuclear data libraries, the study spans from the recertification of the compact baseline (Case 12, with 100 million cumulative particle histories) to the full three-dimensional industrial model (Case 28, executed with 200 million total particle histories) incorporating two orthogonal equatorial ports and a basal W/CuCrZr/H₂O divertor cassette. The results demonstrate that, despite coverage losses from structural penetrations and directional neutron streaming, the system sustains a global Tritium Breeding Ratio (TBR) of 1.26766 ± 0.00010 (FENDL-3.2) and 1.26733 ± 0.00011 (ENDF/B-VIII.0), exceeding the reference design requirement (1.15) and bounding nuclear heating in the superconducting magnets between 414.94 ± 3.16 and 482.80 ± 3.45 eV/source particle. RESUMEN [ES] — PROYECTO_PROMETEO_SIGLO_XXI (GenTechnionB): Este trabajo presenta la validación neutrónica y termodinámica tridimensional del reactor de fusión modular compacto GenTechnionB, superando las simplificaciones de los modelos homogéneos previos mediante la implementación de una arquitectura industrial heterogénea fundamentada en el concepto de núcleo sumergido. Para viabilizar la compactación radial conservando la economía neutrónica y la estabilidad criogénica periférica, el diseño integra cuatro soluciones de ingeniería de materiales y transporte nuclear: (1) un manto reproductor segmentado de plomo-litio (LiPb) enriquecido al 90.0% atómico en ⁶Li con una densidad operativa de 9.6 g/cm³ (300–550 °C) refrigerado por helio a presión (arquitectura HCLL); (2) una primera pared de acero estructural ferrítico-martensítico EUROFER97 recubierta por una armadura de wolframio puro de 2 mm (ρ = 19.3 g/cm³), cuya dispersión inelástica W(n,n'γ) actúa como acondicionador espectral frontal (efecto yunque); (3) macroestructuras de soporte ecuatoriales celulares híbridas (30% EUROFER97 + 50% grafito + 20% helio) y camisas reflectoras de grafito nuclear (ρ = 1.7 g/cm³) en los conductos de penetración; y (4) un blindaje periférico moderador-absorbente compuesto por un 80% de carburo de boro (B₄C, ρ = 2.52 g/cm³) y un 20% de agua (H₂O), acoplado a tapones de blindaje direccional y al sistema de refrigeración por red capilar de las bobinas superconductoras. Evaluado mediante simulaciones estocásticas Monte Carlo con el código OpenMC (v0.15.3) bajo validación cruzada con las librerías de referencia FENDL-3.2 y ENDF/B-VIII.0, el estudio abarca desde la recertificación de la línea base compacta (Ensayo 12, con 100 millones de historias acumuladas) hasta el modelo tridimensional definitivo (Ensayo 28, ejecutado con 200 millones de historias totales) que incorpora dos puertos ecuatoriales ortogonales y un cassette divertor basal de W/CuCrZr/H₂O. Los resultados demuestran que, pese a las pérdidas de cobertura por penetraciones y al escape direccional (neutron streaming), el sistema sostiene un cociente de reproducción de tritio (TBR) global de 1.26766 ± 0.00010 (FENDL-3.2) y 1.26733 ± 0.00011 (ENDF/B-VIII.0), superando el requisito de diseño de referencia (1.15) y acotando la deposición térmica en los imanes superconductores entre 414.94 ± 3.16 y 482.80 ± 3.45 eV/partícula fuente.