Simulacija izbranih razširjenih projektnih nesreč brez taljenja sredice
Oznaka in naziv projekta
L2-1827 Simulacija izbranih razširjenih projektnih nesreč brez taljenja sredice
L2-1827 Simulation of selected design extension conditions without core melt
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Nuklearna elektrarna Krško
Projektna skupina
Vodja projekta: dr. Boštjan Končar, dr. Andrej Prošek (razvoj TRACE modela)
Raziskovalci: dr. Boštjan Končar, dr. Andrej Prošek, dr. Matjaž Leskovar, doc.dr. Ivo Kljenak, prof.dr. Leon Cizelj, dr. Oriol Costa Garrido, dr. Samir El Shawish, Jure Oder, Rok Krpan
Vsebinski opis projekta
Po nesreči v jedrski elektrarni Fukušima Daiči leta 2011 se je v svetu pokazala potreba po nadaljnjem izboljšanju jedrske varnosti. To kaže posodobljena evropska direktiva o jedrski varnosti, ki zahteva preprečevanje in blaženje težkih nesreč tudi za obstoječe reaktorje (pri naprednih reaktorjih tretje generacije je to del projektnih osnov). Evropska direktiva je bila prenesena v slovensko zakonodajo. Jedrska varnost za jedrske elektrarne se dokaže z varnostnimi analizami, ki so se do nesreče v Fukušima Daiči za drugo generacijo reaktorjev zahtevale le za projektne nezgode, pri katerih se upošteva enojna odpoved sistema ali enojna človeška napaka. Nezgode, pri katerih pride do več odpovedi sistemov ali človeških napak, in lahko vodijo do težkih nesreč, imenujemo razširjene projektne nesreče, in niso bile upoštevane v okviru projektnih nezgod. Zato so potrebne nove simulacije in analize, da se razišče ranljivost obstoječih jedrskih elektrarn na razširjene projektne nesreče. Namen projekta je neodvisna simulacija izbranih razširjenih projektnih nesreč brez taljenja sredice za namene neodvisnega preverjanja licenčnih izračunov in globljega razumevanja odziva jedrskega reaktorja na večkratne okvare in človeške napake. Projekt je organiziran v štirih fazah.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Faze projekta in opis njihove realizacije
1. Faza: Analiza fizikalnih pojavov in procesov med razširjenimi projektnimi nesrečami v tlačnovodnem reaktorju
Glavni cilj prve faze projekta je analiza fizikalnih pojavov in procesov, za katere se pričakuje, da se bodo dogodili med razširjenimi projektnimi nesrečami, izbranimi za simulacijo. računalniške simulacije termohidravličnih pojavov in procesov so pomembne za projektiranje, licenciranje, obratovanje in varnost jedrskih reaktorjev. Študija bo osredotočena na varnost jedrskih reaktorjev. Ker sodobni jedrski reaktor deluje na visoki ravni dovršenosti, kjer človeško razumevanje in preprosti teoretični modeli preprosto ne omogočajo popolnega razumevanja odziva sistema na motnjo, je potrebno napovedovanje z računalniškimi programi. Za simulacijo kompleksnih fizikalnih pojavov in procesov bo uporabljen računalniški program TRACE, do katerega ima Slovenija dostop v okviru mednarodnega raziskovalnega programa CAMP (ang. Code Applications and Maintenance Program) za razvoj in vzdrževanje računalniških programov v jedrski tehniki.
2. Faza: Primernost računalniškega programa TRACE
V drugi fazi bomo ovrednotili primernost računalniškega programa TRACE za simulacije razširjenih projektnih nesreč. Pred več kot dvema desetletjema je ameriška zvezna upravna komisija za jedrsko varnost (US NRC) začela razvijati nov računalniški program TRACE (TRAC / RELAP Advanced Computer Engine). Gre za napredni računalniški program, ki velja za enega najbolj realističnih računalniških programov na svetu na področju simulacij velikih termo-hidravličnih sistemov. Računalniški program TRACE je bil razvit za simulacijo izlivnih nezgod in obratovalnih prehodnih pojavov, ter drugih scenarijev nezgod v tlačnovodnih in vrelno-vodnih lahkovodnih reaktorjih. Program je sposoben modelirati pojave v velikih eksperimentalnih napravah, namenjenih za simulacijo prehodnih pojavov v reaktorskih sistemih. Vključuje modele za večdimenzionalni dvofazni tok, neravnovesne termodinamske pojave, posplošene modele prenosa toplote, modele poplavljanja sredice, sledenja nivoja gladine, modele reaktorske kinetike in pasivnih sistemov. Primernost programa TRACE bomo kvantitativno ovrednotili z izračuni opravljenimi na manjših separatnih napravah (študije modelov) in z izračuni na veliki integralni eksperimentalni napravi. Za oceno natančnosti simulacij bomo uporabili lastno metodo, ki je bila razvita na osnovi hitre Fourierjeve transformacije z zrcaljenjem signala (FFTBM-SM).
3. Faza: Razvoj vhodnega modela TRACE za izbrani tlačnovodni reaktor
Cilj tretje faze projekta je razvoj in validacija vhodnega modela TRACE za jedrsko elektrarno Krško (JEK), ki je dvozančna tlačnovodna jedrska elektrarna (PWR). Za pripravo in validacijo vhodnega modela TRACE bomo uporabili vmesnik SNAP (Symbolic Nuclear Analysis Package), ki je namenjen za razvoj vhodnih modelov, izvajanje izračunov, naknadni obdelavi rezultatov ter vizualizacijo in animacijo pojavov in procesov. Validacija termohidravličnega računalniškega programa TRACE zahteva podrobne podatke o jedrski elektrarni Krško, eksperimentalne podatke ter podrobne informacije o obravnavanih prehodnih pojavih in nesrečah.
4. Faza: Simulacija izbranih razširjenih projektnih nesreč
Glavni cilj četrte faze je simulacija izbranih scenarijev razširjenih projektnih nesreč s programom TRACE ter dodatno še z računalniškim programom RELAP5. Dodatni izračuni s programom RELAP5 bodo izvedeni z namenom validacije programa TRACE na osnovi primerjave rezultatov dveh sorodnih računalniških programov. Izbrani so naslednji scenariji nesreč: mala izlivna nezgoda brez visokotlačnega varnostnega vbrizgavanja, popolna izguba napajalne vode in scenarija obeh navedenih nezgod, vendar z uporabo dodatne opreme in sistemov za blaženje posledic. Končni cilj predlaganih analiz je pokazati, ali obstaja potreba po dodatni opremi za blažitev izbranih razširjenih projektnih nesreč.